Modularität 4.0 - Kritik der modularen Unvernunft

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Modularisierung 4.0 Kritik der modularen Unvernunft Gernot Starke INNOQ Fellow

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Gernot Starke INNOQ Fellow, Architektur-Verbesserer, Coach, Trainer arc42 aim42 iSAQB

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Kritik im positiven Sinn (von Analyse) „Was kann ich wissen?“

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„Habe Mut, dich deines eigenen Verstandes zu bedienen.“

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Kant • ARD Mediathek: Kant für Anfänger Quelle: Wikipedia

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Stand der Praxis • Technische Schulden • Schlechte time to market • Klotz-am-Bein

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Ursache: Komplexität

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Komplexität Ursache (fast) aller Übel

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Symptome von Komplexität • Kleine Änderungen haben gravierende Konsequenzen change amplification • Sie müssen viele Details wissen cognitive load • Kein Offensichtlichkeit unknown unknowns https://disenthrall.co/complexity-is-easy/

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Komplexität als Summe = # ∗ Teile: • Software-Komponenten • Abhängigkeiten • Notwendige Aktivitäten

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• Änderungen aufwändig • Instabilität • Hohes Fehlerrisiko • und... Photo by NeONBRAND on Unsplash Konsequenz:

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Abwärtsspirale Konsequenz:

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Wie kommt‘s dazu? ...es ist doch ganz einfach...

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Input Output Architektur Entwicklung Anforderungen Software

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Input Output

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Input Output ? Photo by John Cameron on Unsplash

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Anforderungen

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Unterschiedliche und widersprüchliche Anforderungen... • Fachbereich: Leichte Änderbarkeit • Management (1): Geringe Entwicklungskosten • Management (2): Geringe Betriebskosten • Juristen: Höchste Datensicherheit • User: Einfache Benutzbarkeit

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Unterschiedliche und widersprüchliche Anforderungen... Anforderungen stehen in Konflikt zueinander: • Performance und Verständlichkeit • Performance und Änderbarkeit • Sicherheit und Benutzbarkeit • Robustheit und (Laufzeit-)Flexibilität

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Wie kommt‘s dazu? ...es ist doch ganz einfach (Teil 2) ...

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Wie kommt‘s dazu? ...es ist doch ganz einfach...

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Software entwerfen = Verantwortung verteilen Feature neu K1 Kn Kneu

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Der tägliche Entscheidungs-Horror... Feature neu K1 Kn Kneu Besser für Performance Besser für Security Einfacher für das Team

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Abhilfe: Kleiner Micro

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Modernes Prinzip: „Small is beautiful (SIB)“ SIB reduziert: • (lokale) Mengenkomplexität • Entwicklungsaufwand

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Modernes Prinzip: „Small is beautiful (SIB)“ SIB steigert (!): • Laufzeit-Komplexität • Infrastruktur-Komplexität

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Groß Klein Micro

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Monolithisch Services Microservices, Self Contained Systems

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No content

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• Unabhängig(er) entwickelbar • Geringere (lokale) Komplexität • Austauschbarkeit • Skalierbarkeit • Vorteile von Services

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Monolithisch Services • Betriebssystem • Datenbank • App-Server • Monitoring • (Lokale) Security • Cloud-Provider Details • Cloud-Services • Datenbank • (Distributed) Security • Docker • Service Broker • Event Store • Kubernetes • Istio Service Mesh • Terraform • Verteiltes Monitoring • Log-Aggregation Erforderliches Know-How für Betrieb

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Monolithisch Services Laufzeit nano, micro, milli, Sek, Min

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Zeit Taktfrequenz 1 GHz -> Taktdauer 1 Nanosekunde 1 Sekunde = 1.000.000.000 Nanosekunden Licht: pro Nanosekunde 20cm

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Zeit... 1 x klatschen entspricht 1 Nanosekunde Photo by Austin Ban on Unsplash

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Main Memory Access (100nSec) Zähne putzen Photo: M. Zomer, https://www.pexels.com/photo/adorable-animal-animal-portrait-blur-422212/

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Methodenaufruf (~5 Sec) Episode 1 / Staffel 1 https://www.amc.com/shows/breaking-bad

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2kB via 1 Gbps Netzwerk senden (20Sec)

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SSD Random Read (150 Sec) 5 Staffeln „Breaking Bad“ (ca. 36h) Photo by Alex Plesovskich on Unsplash

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IP Roundtrip: EU – California - EU (150 mSec) https://www.hkdm.de/news-detail/news/bachelor-abschlussveranstaltung-der-hkdm-am-6-juli-2017/ Bachelor-Studium... (ca. 4.8 Jahre)

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Zeit (Quellen) • L1 cache reference ......................... 0.5 ns • Compress 1K bytes with Zippy ............. 3,000 ns = 3 µs • Send 2K bytes over 1 Gbps network ....... 20,000 ns = 20 µs • SSD random read ........................ 150,000 ns = 150 µs • Read 1 MB sequentially from memory ..... 250,000 ns = 250 µs • Round trip within same datacenter ...... 500,000 ns = 0.5 ms • Read 1 MB sequentially from SSD ..... 1,000,000 ns = 1 ms • Disk seek ........................... 10,000,000 ns = 10 ms • Read 1 MB sequentially from disk .... 20,000,000 ns = 20 ms • Send packet CA->Netherlands->CA .... 150,000,000 ns = 150 ms https://gist.github.com/jboner/2841832 https://dzone.com/articles/every-programmer-should-know

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remote ist NICHT das neue local

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Modul? Photo by Robin Glauser on Unsplash

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Modul: • Abgeschlossene funktionale Einheit https://unsplash.com/photos/pKIsW0JS0o8

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Modul: • Explizite Angabe von • Angebot (provided) • Bedarf (required) https://www.thomann.de/de/harley_benton_ultimate_drive.htm

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Modul: • Trennt Schnittstelle von Implementierung

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Prinzipien... Quelle: https://www.amazon.com/Peter-Principle-Things-Always-Wrong/dp/0062092065

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No content

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Gelten: immer fast

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• Lose Kopplung • Hohe Kohäsion • Geheimnisprinzip • Separation of Concerns • KISS • SOLID, DRY, YAGNI • Pfadfinder-Regel • Geltungsbereich: Kommt Drauf An KDA Prinzipien im Software-Engineering

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KDA: Schwer!

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Kopplung + Kohäsion

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Kopplung und Kohäsion • Hohe Kohäsion führt zu loser Kopplung nach außen. -./ = 2 X Z Y - = 5 . = 6 / = 3

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Lose Kopplung Hohe Kohäsion Versicherte Person Name, Vorname etc. Krankenversicherungs-Nr + Rentenversicherungs-Nr Versicherte Person Name, Vorname etc. Krankenversicherungs-Nr Rentenversicherungs-Nr

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Lose Kopplung Hohe Kohäsion Security Versicherte Person Name, Vorname etc. Krankenversicherungs-Nr Rentenversicherte Person Rentenversicherungs-Nr

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Kohäsion Welche Dinge gehören zusammen?

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Welche Dinge gehören zusammen? AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X

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... kommt drauf an Form... AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X Farbe... Text... Größe... AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X AB X AB X CD AB CD AB CD X B X A X

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Kohäsions- Anti-Pattern UDS (User Data Service) Order & Fullﬁllment Vouchers & Rebates Sales & Contracts Archive Price Management Marketing & Sales Campaigns Atlas Customs & Logistics Pricing Engine Sales Backend Private+Corp Sales Backend eGovernment Middleware (Message-Queue) fachliche Module Fachliche Berechnungen finden in Middleware statt...

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Kohäsion: Anti-Pattern Module/Package Größe (KLOC) % org.foo.views 24.9 19% org.foo.controller 15.4 12% org.foo.services 3.2 2% org.foo.dto 2.2 2% org.foo.util 84.0 65% Gesamt 129.755 LoC 100%

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Prinzipien anwenden

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Trenne innen & außen private / public öffentlich sichtbar innere Details (Geheimnisse)

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Trenne innen & außen private / public Java public class FXMod extends Application { public void start(Stage primaryStage) throws Exception { ... } privat Boolean validateStageBeforeDisplay(Stage stage) { ... } Go package timer type StopWatch struct { start time.Time total time.Duration running bool } func (s *StopWatch) Start() { if !s.running { s.start = time.Now() s.running = true } } func main() { clock := new(timer.StopWatch) clock.Start() if clock.running { // ILLEGAL https://yourbasic.org/golang/public-private/

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Trenne innen & außen private / public Python >>> class Foo(object): ... __bar = 99 ... def PrintBar(self): ... print(self.__bar) >>> myFoo = Foo() >>> myFoo.__bar #does not work >>> myFoo._Foo__bar „Wäre nett, wenn...“ Python macht Einhaltung von „private“ (double-underscore) „dunders“ optional!

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private / public genügt nicht... Java • CLASSPATH & jar Hölle • Reflection • API = alle public • import sample.*; • private: schlecht testbar https://www.funnybits.mobi/2014/08/nice-try-mom.html

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Anti-Pattern in C++ #define private public

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Sondern: expliziter Export öffentlich nutzbar innere Details (Geheimnisse)

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Sondern (genauer): expliziter Export öffentlich nutzbar innere Details (Geheimnisse) innere Details (Geheimnisse) C1 C4 C2 C3 C5 C6 C7

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Reliable Configuration: vermeidet classpath Probleme Strong Encapsulation: Modul definiert API Scalable Runtime: Ermöglicht schlankere Runtime-Images Module mit Java Jigsaw... informatik-aktuell.de/entwicklung/programmiersprachen/java-9-das-neue-modulsystem-jigsaw-tutorial.html

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Deep, not shallow interface functionality interface functionality J.Ousterhout Niedrige „Kosten“ an Schnittstelle (kleiner == besser) Funktionalität (mehr == besser)

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Simple interfaces •Einfach zu verstehen •Ohne Zusatzwissen nutzbar •Verbirgt innere Details •„klein“ •Verhindert Missbrauch Beispiel: Unix File I/O int open(...) size read(...) size write(...) int lseek(...) int close(...)

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(not so) simple interface Apache PDFBox • ~ 50 Packages, • >500 Klassen, • >> 1000 public Methoden

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Fazit (1)... Bessere Anforderungen Bessere Software www.innoq.com REQ DEV

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Fazit (2)... Kohäsion als Schlüssel... ... zu guter Modularität www.innoq.com

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Wägen Sie ab... Komplexität der Entwicklung Komplexität in Betrieb und Administration www.innoq.com DEV OPS

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Danke! Fragen? Dr. Gernot Starke Gernot.Starke@innoq.com +49 177 728 2570 Krischerstr. 100 40789 Monheim am Rhein Germany +49 2173 3366-0 Ohlauer Str. 43 10999 Berlin Germany +49 2173 3366-0 Ludwigstr. 180E 63067 Offenbach Germany +49 2173 3366-0 Kreuzstr. 16 80331 München Germany +49 2173 3366-0 Hermannstrasse 13 20095 Hamburg Germany +49 2173 3366-0 Gewerbestr. 11 CH-6330 Cham Switzerland +41 41 743 0116 innoQ Deutschland GmbH innoQ Schweiz GmbH www.innoq.com