Бакалавриат 2020/2021

Конструирование программного обеспечения

Статус: Курс обязательный (Программная инженерия)

Направление: 09.03.04. Программная инженерия

Кто читает: Департамент программной инженерии

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 2-й курс, 1-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Гринкруг Ефим Михайлович, Заведеев Денис Владиславович, Кучук Александр Александрович, Проценко Александр Сергеевич, Фомичев Михаил Игоревич

Язык: русский

Кредиты: 8

Контактные часы: 132

Программа дисциплины

Аннотация

Курс "Конструирование программного обеспечения" предназначен для студентов 2-го курса образовательной программы «Программная инженерия» факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ (г.Москва) в целях изучения и освоения современных методов и средств создания программного обеспечения. Курс базируется на использовании Java-платформы - наиболее популярной среды разработки современного программного обеспечения. В результате освоения курса студенты приобретают знания современных подходов к разработке программного обеспечения и овладевают средствами совремменной Java-платформы в рамках Java SE (Java Standard Edition).

Цель освоения дисциплины

• формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием математических и алгоритмических основ конструирования современных программных продуктов, технологий их разработки, внедрения и сопровождения
• развитие умений, основанных на полученных теоретических знаниях, позволяющих на творческом и репродуктивном уровне создавать и применять эффективные методы создания программного обеспечения
• получение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы, предполагающей изучение специфических библиотек, инструментов и средств, необходимых при разработке современного программного обеспечения
• получение практических навыков использования современных инструментальных средств при конструировании программного обеспечения.
• По окончании курса студент должен уметь определять требования к разработке и реализации программных продуктов, уметь оценивать программное обеспечение, быть специалистом в области программирования на современной Java-платформе.

Планируемые результаты обучения

• умение применять пройденный материал на практике
• знание основных конструкций языка Java
• умение применять основы языка Java при конструировании консольных приложений
• умение конструировать программы с использованием Java Collection Framework
• знание основных средств Java-платформы для обработки коллекций
• умение разрабатывать многопоточные приложения с использованием базовых средств синхронизации
• умение разрабатывать приложения с визуализацией (GUI)
• знание возможностей конструирования программного обеспечения с использованием Java SE
• умение использовать базовые средства организации сетевого взаимодействия
• знание основных приемов проектировании программ

Содержание учебной дисциплины

• Введение: конструирование программного обеспечения и использование Java-платформы
  Обзор методологий программирования. Объектно-ориентированное программирование. Сопоставление class-based и prototype-based программирования объектов. История и эволюция Java-программирования. Инструментальные средства Java-программирования.
• Основные программные конструкции в Java
  Объекты и типы. Типы и классы. Примитивные типы. Массивы. Хранение объектов. Создание новых типов объектов. Лексические основы языка. Исходные файлы и их содержимое. Правила кодирования и документирования в исходных файлах. Комментарии. Пакеты и их именование. Поля и правила их инициализации. Литералы. Методы, параметры и возвращаемые значения. Операторы.
• Объекты и классы в языке Java
  Создание объектов. Загрузка и инициализация классов и объектов. Финализация объектов и сборка мусора.
• Повторное использование классов
  Композиция. Агрегация. Наследование. Сравнение композиции и наследования. Инициализация объектов при наследовании. Делегирование. Спецификаторы доступа.
• Разновидности классов и интерфейсов.
  Абстрактные классы. Интерфейсы. Вложенные классы и интерфейсы. Локальные и анонимные классы. Функциональные интерфейсы. Лямбда-выражения. Аннотации и интерфейсы аннотаций.
• Использование информации о типах.
  Reflection. Dynamic Proxy. Enumerations.
• Обработка ошибок и исключительных ситуаций.
  Объекты – исключения. Ловушки исключений и обработка исключений. Спецификация исключений. Трассировка стека. Перевозбуждение исключений. Цепочки исключений. Стандартные исключения и их классификация. Выполнение finally-блока.
• Универсальные и параметризованные типы
  Generic programming в языке Java. Ограничения при работе с generic-типами в Java.
• Контейнеры и коллекции объектов
  Java Collection Framework. Основные интерфейсы и их реализации.
• Параллельное выполнение и средства синхронизации
  Многопоточность. Объекты - потоки, их состояния и управление их выполнением. Синхронизация. Mutable и Immutable объекты. Java Memory Model. Synchronized методы и блоки. Атомарные действия (atomic methods).
• Низкоуровневые и высокоуровневые средства организации параллельных вычислений
  Параллелльное выполнение с использованием методов класса Object (wait/notify). Расширенные средства организации параллельной обработки: синхронизаторы, исполнители, параллельно обрабатываемые коллекции.
• Параллелизм данных. Fork/Join Framework
  Паралльная и одновременная обработка данных. Виды параллелизма вычислений и средства их поддержки. Параллельное программирование с использованием Fork/Join framework.
• Потоковые вычисления
  Обработка потоков дынных. Stream API.
• Основы организации ввода-вывода
  Потоки ввода-вывода и их разновидности. Бинарный и символьный ввод-вывод. Базовые средства сериализации и десериализации объектов.
• Расширенные средства ввода-вывода.
  Синхронный и асинхронный ввод-вывод. Пакет nio. Работа с файлами.
• Программирование GUI. AWT и Swing
  Обзор средств программимрования GUI в Java. Исторические аспекты. Обзор средств AWT. Обзор средств библиотеки Swing.
• Программирование GUI. JavaFX
  Обзор архитектруры и средств программирования GUI библиотеки JavaFX.
• Основные шаблоны проектирования. Приемы создания объектов
  Creational Design Patterns.
• Основные шаблоны проектирования. Приемы структуризации
  Structural Design Patterns.
• Основные шаблоны проектирования. Приемы организации поведения
  Behavior Design Patterns.
• Основы сетевого программирования
  Cети и элементы сетей. Сетевые протоколы. Уровни протоколоы модели OSI. Connection-oriented и connection-less протоколы. Уровние сетевого программирования в Java. Интернет и адресация в Интернете. URI и URL.
• Использование сокетов
  Разновидности Socket'ов и их использование для организации работы в сети.
• HTTP и его использование
  Клиент-серверное взаимодействие с использованием HTTP.
• Основы взаимодействия с реляционными базами данных. JDBС
  Принципы организации взаимодействия с базами данных с помощью JDBC. Основы SQL. Операторы JDBC.
• Сервлеты и их использование при создании web-приложений.
  Обзор базовых средств конструирования web-приложений с помощью сервлет-контейнера Apache Tomcat.
• Средства сборки программных проектов
  Обзор инструментальных средств сборки программных проектов (Maven, Gradle).
• Развитие средств конструирования ПО на Java-платформе
  Внедрение и использование модульности. Java Platform Module System. Развитие различных парадигм и языков программирования с использованием Java-платформы: компонентно-ориентированное программирование, декларативное программирование, функциональное программирование. Примеры и средства использования.

Элементы контроля

• Домашнее задание (HW1)
  Разработка приложения по заданию с загрузкой результата для проверки
• Домашнее задание (HW2)
  Домашнее задание по материалам модуля 2
• Домашнее задание (HW3)
  Домашнее задание на конструирование многопоточного приложения с использованием средств синхронизации
• Домашнее задание (HW4)
  Домашнее задание на конструирование приложения с визуализацией поведения
• Домашнее задание (HW5)
  Разработка сетевого приложения
• Работа на семинаре (Seminars)
  оценка активности работы на практических занятиях (семинарах)
• Домашнее задание (HW6)
• Домашнее задание (HW7)

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (2 модуль)
  Оценка за первый семестр S1 вычисляется как среднее арифметическое оценок трех домашних заданий: S1 = (HW1 + HW2 + HW3) / 3
• Промежуточная аттестация (4 модуль)
  Итоговая оценка за курс (FinalGrade) вычисляется (с обычным округлением) так: FinalGrade = min (0.3 * S1 + 0.6 * S2 + 0.25 * S3 ; 10). Здесь: o S1 – оценка за первый семестр: S1 = (HW1 + HW2 + HW3) / 3 o S2 – оценка за второй семестр: S2 = (HW4 + HW5 + HW6 + HW7) / 4 o S3 – оценка за работу на практических занятиях в течение курса o HWn – оценка за домашнее задание n (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) На пересдачах – устный экзамен.

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Java 2. Т.1: Основы, Хорстманн, К. С., 2011

Рекомендуемая дополнительная литература

• Sharan, K. (2017). Beginning Java 9 Fundamentals : Arrays, Objects, Modules, JShell, and Regular Expressions (Vol. Second edition). [Berkeley, CA]: Apress. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1632186