Конструирование программного обеспечения

Бакалавриат 2019/2020

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Статус: Курс обязательный (Программная инженерия)

Направление: 09.03.04. Программная инженерия

Кто читает: Департамент программной инженерии

Когда читается: 2-й курс, 1-4 модуль

Формат изучения: Full time

Преподаватели: Гринкруг Ефим Михайлович, Фомичев Михаил Игоревич

Язык: русский

Кредиты: 8

Полная версия программы учебной 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
Компьютерное тестирование (Mod1Test)
Тест в компьютерной классе по материалам модуля 1
Домашнее задание (HW2)
Домашнее задание по материалам модуля 2
Компьютерное тестирование (Exam1)
Экзаменационный тест по материалам 1-го семестра
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)

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (1 модуль)
Итоговая оценка: FinalGrade = min (Accumulated; 10), где: - Accumulated – это накопленная оценка за курс. Accumulated = 0.4 * Semester1 + 0.5 * Semester2HW + 0.3 * Seminars, где: - Semester1 = min (0.3 * Mod1Test + 0.5 * Exam1 + 0.4 * Semester1HW; 10); - Mod1Test – это оценка за тест 1-го модуля; - Exam1 – это оценка за экзаменационный тест в конце 1-го семестра; - Semester1HW - оценка домашних заданий первого семестра. В первом семестре предусмотрены два домашних задания: в первом модуле (HW1) и во втором модуле (HW2). При этом Semester1HW = (HW1 < HW2)? (0.6 * HW1 + 0.4 * HW2) : (0.4 * HW1 + 0.6 * HW2). - Semester2HW - средняя оценка домашних заданий второго семестра: Semester2HW = (HW3 + HW4 + HW5) / 3. - Seminars - это оценка работы студента на семинарских занятиях, выставляемая преподавателем по 10 бальной шкале на последнем семинаре второго семестра. При выставлении оценки учитывается активность студента на практических занятиях и выполнение практических заданий. При посещении всех практических занятий (семинаров) студенту гарантируется оценка «1». Присутствие на занятиях без активности не является поводом для выставления высокой оценки. Оценки Semester1 и FinalGrade округляются до целого числа по обычным правилам округления. Все оценки, кроме Semester1 и FinalGrade, не округляются и могут не быть целыми числами.
Промежуточная аттестация (2 модуль)
Итоговая оценка: FinalGrade = min (Accumulated; 10), где: - Accumulated – это накопленная оценка за курс. Accumulated = 0.4 * Semester1 + 0.5 * Semester2HW + 0.3 * Seminars, где: - Semester1 = min (0.3 * Mod1Test + 0.5 * Exam1 + 0.4 * Semester1HW; 10); - Mod1Test – это оценка за тест 1-го модуля; - Exam1 – это оценка за экзаменационный тест в конце 1-го семестра; - Semester1HW - оценка домашних заданий первого семестра. В первом семестре предусмотрены два домашних задания: в первом модуле (HW1) и во втором модуле (HW2). При этом Semester1HW = (HW1 < HW2)? (0.6 * HW1 + 0.4 * HW2) : (0.4 * HW1 + 0.6 * HW2). - Semester2HW - средняя оценка домашних заданий второго семестра: Semester2HW = (HW3 + HW4 + HW5) / 3. - Seminars - это оценка работы студента на семинарских занятиях, выставляемая преподавателем по 10 бальной шкале на последнем семинаре второго семестра. При выставлении оценки учитывается активность студента на практических занятиях и выполнение практических заданий. При посещении всех практических занятий (семинаров) студенту гарантируется оценка «1». Присутствие на занятиях без активности не является поводом для выставления высокой оценки. Оценки Semester1 и FinalGrade округляются до целого числа по обычным правилам округления. Все оценки, кроме Semester1 и FinalGrade, не округляются и могут не быть целыми числами.
Промежуточная аттестация (4 модуль)
Итоговая оценка: FinalGrade = min (Accumulated; 10), где: - Accumulated – это накопленная оценка за курс. Accumulated = 0.4 * Semester1 + 0.5 * Semester2HW + 0.3 * Seminars, где: - Semester1 = min (0.3 * Mod1Test + 0.5 * Exam1 + 0.4 * Semester1HW; 10); - Mod1Test – это оценка за тест 1-го модуля; - Exam1 – это оценка за экзаменационный тест в конце 1-го семестра; - Semester1HW - оценка домашних заданий первого семестра. В первом семестре предусмотрены два домашних задания: в первом модуле (HW1) и во втором модуле (HW2). При этом Semester1HW = (HW1 < HW2)? (0.6 * HW1 + 0.4 * HW2) : (0.4 * HW1 + 0.6 * HW2). - Semester2HW - средняя оценка домашних заданий второго семестра: Semester2HW = (HW3 + HW4 + HW5) / 3. - Seminars - это оценка работы студента на семинарских занятиях, выставляемая преподавателем по 10 бальной шкале на последнем семинаре второго семестра. При выставлении оценки учитывается активность студента на практических занятиях и выполнение практических заданий. При посещении всех практических занятий (семинаров) студенту гарантируется оценка «1». Присутствие на занятиях без активности не является поводом для выставления высокой оценки. Оценки Semester1 и FinalGrade округляются до целого числа по обычным правилам округления. Все оценки, кроме Semester1 и FinalGrade, не округляются и могут не быть целыми числами.

Программа дисциплины