ΕΡΓΟ: Συγκριτική Μελέτη Λογισμικού Βιβλιοθηκών, Λογισμικού Εφαρμογών Ανοικτού Κώδικα και Βιομηχανικού Λογισμικού MIS:

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΕΙΔΙΚΗ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΙΘΗΣΗ» «ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΩΝ ΟΜΑΔΩΝ ΣΤΟ ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ» ΕΡΓΟ: Συγκριτική Μελέτη Λογισμικού Βιβλιοθηκών, Λογισμικού Εφαρμογών Ανοικτού Κώδικα και Βιομηχανικού Λογισμικού MIS: Παραδοτέο 3.1: Έκθεση με στατιστική ανάλυση δεδομένων από την εμπειρική μελέτη

2 ΕΡΓΟ ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ ΕΚΔΟΣΗ & ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ MIS: : Συγκριτική Μελέτη Λογισμικού Βιβλιοθηκών, Λογισμικού Εφαρμογών Ανοικτού Κώδικα και Βιομηχανικού Λογισμικού Παραδοτέο 3.1: Έκθεση με στατιστική ανάλυση δεδομένων από την εμπειρική μελέτη /11/ /11/2015 Πανεπιστήμιο Μακεδονίας - ΠΑΜΑΚ: Θεόδωρος Χαϊκάλης Αλέξανδρος Χατζηγεωργίου Σκοπός του συγκεκριμένου εγγράφου είναι η παρουσίαση δεδομένων μετρήσεων από βιβλιοθήκες και εφαρμογές λογισμικού ανοικτού κώδικα καθώς και η στατιστική ανάλυση των δεδομένων. 2

3 Περιεχόμενα Εισαγωγή... 4 Scribe-Java Μετρικές Πηγαίου Κώδικα... 4 Scribe-Java Προβλήματα Σχεδίασης... 5 Scribe-Java Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών... 7 RxJava Μετρικές Πηγαίου Κώδικα... 9 RxJava Προβλήματα Σχεδίασης RxJava Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών RxNetty Μετρικές Πηγαίου Κώδικα RxNetty Προβλήματα Σχεδίασης RxNetty Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών MySql-Connector Μετρικές Πηγαίου Κώδικα MySql-Connector Προβλήματα Σχεδίασης MySql-Connector Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών MessagePack Μετρικές Πηγαίου Κώδικα MessagePack Προβλήματα Σχεδίασης MessagePack Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών JSoup Source Code Metris JSoup Προβλήματα Σχεδίασης JSoup Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών

4 Εισαγωγή Η παρούσα τεχνικά αναφορά έχει σκοπό να παρουσιάσει ενδεικτικά αποτελέσματα από την εκτέλεση του υλοποιημένου εργαλείου υπολογισμού μετρικών και εντοπισμού σφαλμάτων σε βιβλιοθήκες και λογισμικό ανοικτού κώδικα. Παρακάτω ακολουθούν οι τιμές των μετρικών που εξήχθησαν καθώς και το πλήθος προβλημάτων σχεδίασης ανά γενιά όπως αυτά παρήχθησαν από το εργαλείο. Οι τιμές παρατίθενται σε πίνακες για 6 αναλυθέντα έργα. Μετά την κάθε παραβολή τιμών ακολουθούν διαγράμματα με στατιστική ανάλυση επιλεγμένων χαρακτηριστικών μετρικών. Scribe-Java Μετρικές Πηγαίου Κώδικα Version Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes

5 Version Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes scribeja va Scribe-Java Προβλήματα Σχεδίασης Version God Data

6 scribejava

7 Scribe-Java Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών Weighted Method Complexity Tight Cohesion y = 0.022x R² = y = x R² = Weighted Method Complexity Linear (Weighted Method Complexity) Tight Cohesion Linear (Tight Cohesion) Lines of Code Coupling Between Objects y = x R² = y = x R² = Lines of Code Linear (Lines of Code) Coupling Between Objects Linear (Coupling Between Objects) Μελετώντας τα διαγράμματα του έργου Scribe-Java και ξεκινώντας από την εξέλιξη των γραμμών κώδικα, παρατηρούμε ότι είναι ένα ενεργό έργο υπό σταθερή ανάπτυξη στο οποίο προστίθενται συνεχώς νέες γραμμές κώδικα και πιθανότατα μπορούμε να 7

8 συμπεράνουμε πως προστίθεται και νέα λειτουργικότητα. Ωστόσο η ανάπτυξη αυτή βλέπουμε πως έχει αντίκτυπο στην ποιότητα του λογισμικού καθώς ταυτόχρονα με τις γραμμές κώδικα, αυξάνεται η μέση πολυπλοκότητα ενώ μειώνεται η συνεκτικότητα της κάθε κλάσης. Αύξηση πολυπλοκότητας (Weighted Method Complexity) σημαίνει πως οι μέθοδοι των κλάσεων γίνονται όλο και πιο περίπλοκες ως προς τους κόμβους αποφάσεων που περιέχουν. Δηλαδή ο κώδικας γίνεται δυσκολότερα κατανοητός από τον προγραμματιστή, καθώς όσο αυξάνονται τα πιθανά μονοπάτια εκτέλεσης μιας μεθόδου, τόσο πιο δύσκολο είναι γι' αυτόν να εκτελέσει νοητά τον κώδικα και να προβλέψει το αποτέλεσμα της εκτέλεσης. Αυτό οδηγεί με μεγάλη πιθανότητα σε αύξηση σφαλμάτων. Από την άλλη, η μείωση συνεκτικότητας συνεπάγεται αλλοίωση του αρχικού σχεδιασμού των κλάσεων και παρείσφρηση "ξένης" λειτουργικότητας σε κλάσεις. Με απλά λόγια ενώ μια κλάση αρχικά είχε σχεδιαστεί να φέρνει σε πέρας μια γενική λειτουργία Α, με το πέρασμα των γενεών στην κλάση αυτή προτέθηκε κώδικας και δεδομένα τα οποία αφορούσαν και άλλες, άσχετες με την Α, λειτουργίες. Όμως σύμφωνα με τους κανόνες αντικειμενοστρεφούς σχεδίασης, μία κλάση θα πρέπει να έχει μόνο έναν λόγο να αλλάζει κατά τη διάρκεια της ζωής του έργου και η παραβίαση του κανόνα αυτού οδηγεί σε περισσότερους λόγους αλλαγής. Άρα η κλάση με μειωμένη συνεκτικότητα έχει λόγους να αλλάζει και να συντηρείται συχνότερα από τον προγραμματιστή, άρα αυξάνεται η πιθανότητα εισαγωγής λαθών. Τέλος, αύξηση παρατηρούμε και στο βαθμό σύζευξης (Coupling Between Objects). Μία κλάση Α λέμε ότι είναι συζευγμένη με μια άλλη κλάση Β, όταν η Α χρησιμοποιεί κάποια λειτουργία της Β. Αυτό είναι καλό γιατί αυξάνει την επαναχρησιμοποίηση αλλά ενέχει και κάποιους κινδύνους. Όταν μια κλάση έχει υψηλό βαθμό σύζευξης, σημαίνει πως εξαρτάται από πολλές άλλες κλάσεις του συστήματος καθώς χρησιμοποιεί λειτουργίες τους. Αν κάποια από όλες αυτές τις "δανεικές" λειτουργίες μεταβληθεί λόγω συντήρησης, και αλλάξει η διεπαφή της, τότε όλες οι κλάσεις που τη χρησιμοποιούν πρέπει να προσαρμοστούν αντίστοιχα καθώς διαφορετικά θα καταλήξουμε σε κώδικα που δεν μεταγλωττίζεται. Συνεπώς, αν μια κλάση εξαρτάται από υπερβολικό αριθμό τρίτων κλάσεων, αυξάνει η πιθανότητα "μετάδοσης" προβλημάτων σε αυτήν από κάποια από τις τρίτες κλάσεις που χρησιμοποιεί. Οι γραμμικές παλινδρομήσεις των ανωτέρω χρονοσειρών συνηγορούν στην ύπαρξη ξεκάθαρων τάσεων για όλες τις μετρικές που αναλύθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους, άρα μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα πως το Scribe είναι μεν ένα ενεργό λογισμικό αλλά χρειάζεται πλήθος αλλαγών και αναδομήσεων για να ανακοπεί η επιδείνωση των χαρακτηριστικών του. Στα επόμενα έργα δε θα γίνει τόσο εκτενής ανάλυση των μετρικών, καθώς η περιγραφή τους έγινε εδώ. Θα αρκεστούμε στην ανάλυση των τάσεων των τιμών των μετρικών. 8

9 RxJava Μετρικές Πηγαίου Κώδικα Versi on rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

10 Versi on rxjava rxjava Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

11 Versi on RC RC RC3 Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

12 Versi on RC RC RC RC Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

13 Versi on RC RC RC RC RC RC6 v rc.1 v rc.2 v rc.3 v rc.4 v rc.5 v rc.6 v rc.7 v rc.8 Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

14 Versi on Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor v rc v v v v v v v v v v v v v v v v RxJava Προβλήματα Σχεδίασης Version God Data rxjava

15 Version God Data rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava rxjava

16 Version God Data RC RC RC RC RC RC RC

17 Version God Data RC RC RC RC RC RC v1.0.0-rc v1.0.0-rc v1.0.0-rc v1.0.0-rc v1.0.0-rc v1.0.0-rc v1.0.0-rc v1.0.0-rc v1.0.0-rc v v v v v v v v v v v v v v v

18 Version God Data v RxJava of smells God Data 0 Versions Figure 1 - Smell Evolution of RxJava 18

19 RxJava Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών Weighted Method Complexity Tight Cohesion y = x R² = y = x R² = Weighted Method Complexity Linear (Weighted Method Complexity) Tight Cohesion Linear (Tight Cohesion) Lines of Code Coupling Between Objects y = x R² = y = x R² = Lines of Code Linear (Lines of Code) Coupling Between Objects Linear (Coupling Between Objects) Μελετώντας την εξέλιξη των γραμμών κώδικα του RxJava, παρατηρούμε πως υπάρχει μια σαφής αυξητική τάση, η οποία σε ορισμένα χρονικά σημεία διακόπτεται από σύντομες περιόδους μείωσης. Η μέση πολυπλοκότητα, μετά από την πρώτη περίοδο σταθερότητας την οποία ακολούθησε μια απότομη μείωση γύρω στη 13 η γενιά, αυξάνεται σταθερά. Θετική εντύπωση προκαλεί η σχετικά σταθερή 19

20 πορεία της συνεκτικότητας η οποία θα μπορούσαμε να πούμε πως έχει και κάποια σημάδια αύξησης. Στο ίδιο θετικό πλαίσιο κινείται και η σύζευξη καθώς φαίνεται να βαίνει μειούμενη γενιά με τη γενιά. RxNetty Μετρικές Πηγαίου Κώδικα Method s Numbe r Fields Couplin g Betwee n Objects Lack Cohesio n Weighted Method Complexit y Tight Cohesio n Public Attribute s Version Lines of Code Weight Accessor

21 v v v v v v rc v rc v v v v v v v v

22 RxNetty Προβλήματα Σχεδίασης Version God Data

23 of smells Παραδοτέο 3.1: Έκθεση με στατιστική ανάλυση δεδομένων από την εμπειρική μελέτη v v v v v v0.4.5-rc v0.4.5-rc v v v v v v v v RxNetty God Data Versions Figure 2 Smell Evolution of RxNetty 23

24 RxNetty Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών Ticht Cohesion Weighted Method Complexity y = 0.074x R² = y = x R² = y = x R² = TCC1 TCC2 Linear (TCC2) Linear (TCC1) Weighted Method Complexity Linear (Weighted Method Complexity) Lines Code Coupling Between Objects y = x R² = y = x R² = Lines of Code Linear (Lines of Code) Coupling Between Objects Linear (Coupling Between Objects) Η χρονική ανάλυση του έργου RxNetty κρίθηκε σκόπιμο να χωριστεί σε δύο περιόδους. Μία πρώτη περίοδο ως την 21 η γενιά, και τη δεύτερη περίοδο από την 22 η γενιά έως σήμερα. Οδηγός σε αυτήν την απόφαση ήταν το διάγραμμα συνεκτικότητας που φαίνεται στην πάνω αριστερή 24

25 γωνία. Ο διαχωρισμός του σε 2 περιόδους είχε ως αποτέλεσμα οι 2 χωριστές γραμμές παλινδρόμησης να έχουν πολύ καλύτερη προσαρμογή η κάθε μία χωριστά, από ότι είχε μια ευθεία μόνη της (R 2 = 0.52). Φαίνεται λοιπόν πως στην πρώτη περίοδο η συνεκτικότητα αυξάνεται με σταθερή τάση έως ότου κορυφωθεί και έπειτα στη δεύτερη περίοδο σταθεροποιείται με μία πολύ ελαφρά τάση μείωσης. Οι γραμμές κώδικα αυξάνονται και αυτές με σταθερό ρυθμό ως την 21 η γενιά και έπειτα ο ρυθμός αύξησης σταθεροποιείται. Το ίδιο ισχύει και για την πολυπλοκότητα και την συνεκτικότητα. MySql-Connector Μετρικές Πηγαίου Κώδικα Version Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

26 Version Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

27 MySql-Connector Προβλήματα Σχεδίασης Version God Data

28 Version God Data Mysql-Connector-Java 25 of smells God Data 0 Versions Figure 3 Smell Evolution of MySql-Connector 28

29 MySql-Connector Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών Weighted Method Complexity Tight Cohesion y = x R² = y = x R² = Weighted Method Complexity Linear (Weighted Method Complexity) Tight Cohesion Linear (Tight Cohesion) Lines of Code Coupling Between Objects y = x R² = y = x R² = Lines of Code Linear (Lines of Code) Coupling Between Objects Linear (Coupling Between Objects) 29

30 Το έργο MySql-Connector είναι η βιβλιοθήκη την οποία χρησιμοποιούν οι εφαρμογές Java για να συνδεθούν με βάσεις δεμένων MySQL. Το έργο παρουσιάζει σταθερή τάση στην αύξηση του μεγέθους του όπως αυτό αποτυπώνεται στις γραμμές κώδικα. Η τάση αυτή φαίνεται να ανακόπτεται στις τελευταίες γενιές και συγκεκριμένα μετά την 33 η γενιά. Η πολυπλοκότητα μετά από μια αρχική αύξηση, στο μέσον της εξέλιξης πήρε αρνητική φορά και στις τελευταίες γενιές μειώθηκε έντονα. Η συνεκτικότητα βαίνει σχετικά αύξουσα, αν και με κάποια σκαμπανεβάσματα. Αύξουσα με ξεκάθαρη τάση βαίνει και η σύζευξη, αν και με πολύ ασθενή ρυθμό. MessagePack Μετρικές Πηγαίου Κώδικα Versio n msgpa ck msgpa ck msgpa ck msgpa ck msgpa ck msgpa ck msgpa ck Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

31 Versio n msgpa ck msgpa ck M M M M p p p p p p p p p9 Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

32 Versio n Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor MessagePack Προβλήματα Σχεδίασης Version God Data msgpack msgpack msgpack msgpack msgpack msgpack msgpack msgpack msgpack M M M M p p p p p p p p

33 0.7.0-p of smells Message Pack - Java God Versions Figure 4 Smell Evolution of MessagePack-Java 33

34 MessagePack Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών Weighted Method Complexity Tight Cohesion y = x R² = y = x R² = Weighted Method Complexity Linear (Weighted Method Complexity) Tight Cohesion Linear (Tight Cohesion) Lines of Code Coupling Between Objects y = x R² = y = x R² = Lines of Code Linear (Lines of Code) Coupling Between Objects Linear (Coupling Between Objects) 34

35 Το έργο MessagePack παρουσιάζει μια σχετική σταθερότητα στην εξέλιξη των γραμμών κώδικα και της πολυπλοκότητας, χωρίς να εμφανίζει έντονους ρυθμούς αλλαγών στις δύο αυτές μετρικές. Εξαίρεση αποτελεί η περίοδος μεταξύ 7 ης και 10 ης γενιάς, όπου βλέπουμε πως η απότομη αύξηση των γραμμών κώδικα αντικατοπτρίστηκε άμεσα στην πολυπλοκότητα. Αναλύοντας τη γραμμική συσχέτιση των δύο μεταβλητών της παραπάνω σχέσης, βρίσκουμε πως εμφανίζουν μεταξύ τους θετική συσχέτιση με συντελεστή Σύζευξη και συνεκτικότητα βαίνουν μειούμενες και οι δύο παρουσιάζοντας ένα κάπως περίεργο φαινόμενο καθώς στο λογισμικό έχουμε συνηθίσει τις δύο αυτές μετρικές να εμφανίζουν αντίθετη μεταξύ τους συμπεριφορά. JSoup Source Code Metris Version jsoup jsoup jsoup jsoup jsoup jsoup a jsoup jsoup jsoup a Lines of Code Fields Coupling Between Objects Lack Cohesion Weighted Method Complexity Weight Tight Cohesion Public Attributes Accessor

36 JSoup Προβλήματα Σχεδίασης Version God Data jsoup jsoup jsoup jsoup jsoup jsoup a 4 0 jsoup jsoup jsoup-1.8.3a

37 JSoup Στατιστική παρουσίαση και ανάλυση τάσεων επιλεγμένων μετρικών Weighted Method Complexity Tight Cohesion y = x R² = y = x R² = Weighted Method Complexity Linear (Weighted Method Complexity) Tight Cohesion Linear (Tight Cohesion) Lines of Code Coupling Between Objects y = x R² = y = x R² = Lines of Code Linear (Lines of Code) Coupling Between Objects Linear (Coupling Between Objects) Το σχετικά μικρό- έργο JSoup εμφανίζει μια κλασική συμπεριφορά με σταθερή αύξηση μεγέθους και πολυπλοκότητας, τα οποία συνοδεύονται από αύξηση της σύζευξης και πτώση της συνεκτικότητας. 37