Method for incremental control of consistency between structural andbehavioral views of software architecture

Abstract

The development of software engineering poses a challenge for researchers to maintain the integrity of models stored simultaneously in a lightweight text format and in a formally rich metadata view. The existence of two viewsensures broad compatibility with developer tools and accurate reproduction of semantics, but creates the risk of discrepancies between structural and behavioral descriptions. The relevance of the research is determined by the need for methods that prevent the accumulation of contradictions without significantly affecting the speed of design iterations. The aim of this work is to provide a theoretical justification for an incremental approach that can guarantee the consistency of a metamodel with two viewsduring any successive changes. To achieve this goal, a generalized metamodel has been formed that distinguishes between a structural viewfor static entities and a behavioral viewfor dynamic aspects. A correspondence relationship has been introduced between views, which describes pairsof equivalent elements and sets rules for their mutual consistency. The set of rules is formalized in the language of object invariants. Incrementalism is ensured by localizing changes: after editing, only those fragments that are directly involved in themodification are checked, so that the time spent remains proportional to the volume of the updated part. The result of applying the method is to prove the correctness of the proposed restrictions, which excludes the possibility of inconsistent model states. An analytical assessment of the complexity of the procedure confirms a linear dependence on the number of changed elements, which indicates the suitability of the approach for industrial-scale models. A demonstration control example, built on a representative domain, showed that the method detects inconsistency immediately after a single edit and proposes a sequence of actions sufficient to eliminate it without involving outside expertise. As a result, the work proposes a new formal methodology for maintaining consistency between viewsof a single model, which comprehensively combines localized verification with a declarative description of dependencies. The practical significance is manifested in the reduction of error correction costs, increased reliability of documentation, and the ability to integrate the method into modern modeling and continuous development environments, making it a promising tool for the development and maintenance of large corporate systems.

Розвиток програмної інженерії ставить перед дослідниками завдання підтримувати цілісність моделей, що зберігаються одночасно у легкому текстовому та у формально насиченому метаданому поданні. Наявність двох представлень забезпечує широку сумісність з інструментами розробників і точне відтворення семантики, проте породжує ризик розбіжностей між структурним і поведінковим описами. Актуальність дослідження визначається потребою в методах, які унеможливлюють накопичення суперечностей без суттєвого впливу на швидкість ітерацій проектування. Метою роботи є теоретичне обґрунтування інкрементального підходу, здатного гарантувати узгодженість метамоделі з двома поданнями під час будь-яких послідовних змін. Для досягнення цієї мети сформовано узагальнену метамодель, що виокремлює структурне подання для статичних сутностей і поведінкове подання для динамічних аспектів. Між поданнями запроваджено відношення відповідності, яке описує пари еквівалентних елементів і задає правила їх взаємної узгодженості. Сукупність правил формалізовано мовою об’єктних інваріантів. Інкрементальність забезпечена локалізацією змін: після редагування перевіряються лише ті фрагменти, що безпосередньо залучені до модифікації, завдяки чому часові витрати залишаються пропорційними обсягу оновленої частини. Наслідком застосування методу є доведення коректності запропонованих обмежень, яке виключає можливість виникнення несумісних станів моделі. Аналітична оцінка складності процедури підтверджує лінійну залежність від кількості змінених елементів, що свідчить про придатність підходу для промислових розмірів моделей. Демонстраційний контрольний приклад, побудований на репрезентативному домені, засвідчив, що метод виявляє інконсистентність одразу після одиночної правки та пропонує послідовність дій, достатню для її усунення без залучення сторонньої експертизи. У підсумку робота пропонує нову формальну методику підтримки узгодженості між поданнями однієї моделі, яка комплексно поєднує локалізовану перевірку з декларативним описом залежностей. Практична значущість проявляється у зменшенні витрат на виправлення помилок, підвищенні надійності документації та можливості інтегрувати метод у сучасні середовища моделювання і безперервної розробки, що робить його перспективним інструментом при розробці та супроводу великих корпоративних систем.