Softwaremetriken verstehen und nutzen

Transkript

1 Softwaremetriken verstehen und nutzen Manuel Pichler PHP Unconference Hamburg 12. September 2009

2 Über mich Manuel Pichler Total stolzer Papa Jahrgang 1978 Diplom Informatiker Softwarearchitekt Autor von: PHP_Depend PHPMD phpundercontrol Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 2

3 Agenda Was sind Metriken? Welche Arten an Metriken gibt es? Klassische Softwaremetriken Umfang Komplexität Objektorientierte Softwaremetriken Kopplung Abstraktion Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 3

4 Softwaremetriken Eine Softwaremetrik ist eine Maßzahl für ein Qualitätsmerkmal von Software Funktionen zur Ermittlung von Kennzahlen eines Softwareartefakts (Wikipedia) You cannot control what you cannot measure. (Tom DeMarco) Ohne Messung können Auswirkungen durch Änderungen nicht bewertet werden (A. Fleischer) Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 4

5 Welche Arten an Metriken gibt es? Prozessmetrik Ressourcen, Kommunikation Aufwandsmetrik Aufwandsverteilung, Produktivität Projektlaufzeitmetrik Entwicklungszeit, Termintreue Anwendungsmetrik Schulungsaufwand, Kundenzufriedenheit Quelle: Wikipedia Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 5

6 Sprechen wir aber nicht drüber wir beschäftigen uns mit den Produktmetriken Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 6

7 Produktmetriken Umfang Lines Of Code, Number Of Classes etc... Komplexität Kopplung & Abstraktion Größe von Schnittstellen, Vererbungstiefe Lesbarkeit Laufzeiten Fehleranfälligkeit Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 7

8 Umfangsmetriken Summen über Softwareartefakte Lines Of * Number Of * LOC - Lines Of Code ELOC - Executable Lines Of Code CLOC - Comment Lines Of Code NCLOC - None Comment Lines Of Code NOC - Number Of Classes NOM - Number Of Methods NOP - Number Of Packages Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 8

9 Lines Of *, Number Of * <?php namespace foo\bar; abstract class FooBar { abstract function bar(); class Foo extends FooBar { /* Does this... */ public function bar() { /* Does that... */ public function baz() { class Bar extends Foo { public function foo(foo $f) { Lines Of * LOC = ELOC = CLOC = NCLOC = Number Of * NOC = NOM = NOP = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 9

10 Lines Of *, Number Of * <?php namespace foo\bar; abstract class FooBar { abstract function bar(); class Foo extends FooBar { /* Does this... */ public function bar() { /* Does that... */ public function baz() { class Bar extends Foo { public function foo(foo $f) { Lines Of * LOC = 16 ELOC = CLOC = NCLOC = Number Of * NOC = NOM = NOP = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 10

11 Lines Of *, Number Of * <?php namespace foo\bar; abstract class FooBar { abstract function bar(); class Foo extends FooBar { /* Does this... */ public function bar() { /* Does that... */ public function baz() { class Bar extends Foo { public function foo(foo $f) { Lines Of * LOC = 16 ELOC = 3 CLOC = NCLOC = Number Of * NOC = NOM = NOP = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 11

12 Lines Of *, Number Of * <?php namespace foo\bar; abstract class FooBar { abstract function bar(); class Foo extends FooBar { /* Does this... */ public function bar() { /* Does that... */ public function baz() { class Bar extends Foo { public function foo(foo $f) { Lines Of * LOC = 16 ELOC = 3 CLOC = 2 NCLOC = Number Of * NOC = NOM = NOP = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 12

13 Lines Of *, Number Of * <?php namespace foo\bar; abstract class FooBar { abstract function bar(); class Foo extends FooBar { /* Does this... */ public function bar() { /* Does that... */ public function baz() { class Bar extends Foo { public function foo(foo $f) { Lines Of * LOC = 16 ELOC = 3 CLOC = 2 NCLOC = 14 Number Of * NOC = NOM = NOP = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 13

14 Lines Of *, Number Of * <?php namespace foo\bar; abstract class FooBar { abstract function bar(); class Foo extends FooBar { /* Does this... */ public function bar() { /* Does that... */ public function baz() { class Bar extends Foo { public function foo(foo $f) { Lines Of * LOC = 16 ELOC = 3 CLOC = 2 NCLOC = 14 Number Of * NOC = 3 NOM = NOP = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 14

15 Lines Of *, Number Of * <?php namespace foo\bar; abstract class FooBar { abstract function bar(); class Foo extends FooBar { /* Does this... */ public function bar() { /* Does that... */ public function baz() { class Bar extends Foo { public function foo(foo $f) { Lines Of * LOC = 16 ELOC = 3 CLOC = 2 NCLOC = 14 Number Of * NOC = 3 NOM = 4 NOP = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 15

16 Lines Of *, Number Of * <?php namespace foo\bar; abstract class FooBar { abstract function bar(); class Foo extends FooBar { /* Does this... */ public function bar() { /* Does that... */ public function baz() { class Bar extends Foo { public function foo(foo $f) { Lines Of * LOC = 16 ELOC = 3 CLOC = 2 NCLOC = 14 Number Of * NOC = 3 NOM = 4 NOP = 1 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 16

17 Komplexitätsmetriken Maß für Komplexität sind Kontrollstrukturen if, elseif, for, while, foreach, catch, case, xor, and, or, &&,,? Cyclomatic Complexity (CCN) Anzahl der Verzweigungen NPath Complexity Anzahl der Ausführungspfade Berücksichtigt die Struktur von Blöcken Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 17

18 Beispiel 1: CCN NPath Zur Erinnerung: $ccn == 'Verzweigungen' $npath == 'Ausführungspfade' Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 18

19 Beispiel 1: Cyclomatic Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; CCN = 0 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 19

20 Beispiel 1: Cyclomatic Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; if($x) CCN = 1 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 20

21 Beispiel 1: Cyclomatic Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; if($x) if($y) CCN = 2 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 21

22 Beispiel 1: Cyclomatic Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; if($x) if($y) if($z) CCN = 3 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 22

24 Beispiel 1: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; NPath = 0 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 24

25 Beispiel 1: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; false if($x) NPath = 1 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 25

26 Beispiel 1: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; false if($x) true false if($y) NPath = 2 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 26

27 Beispiel 1: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; false if($x) true if($y) false false true if($z) NPath = 3 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 27

28 Beispiel 1: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; false if($x) true if($y) false false true if($z) true NPath = 4 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 28

29 Sah doch recht ähnlich aus... Noch ein Beispiel Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 29

30 Beispiel 2: Cyclomatic Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; CCN = 0 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 30

31 Beispiel 2: Cyclomatic Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; if($x) CCN = 1 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 31

32 Beispiel 2: Cyclomatic Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; if($x) if($y) CCN = 2 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 32

35 Beispiel 2: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; NPath = 0 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 35

36 Beispiel 2: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; if($x) NPath = 0 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 36

37 Beispiel 2: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; if($y) false if($x) true if($y) NPath = 0 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 37

38 Beispiel 2: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; false if($y) false true if($x) true if($y) false true if($z) if($z) if($z) if($z) NPath = 0 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 38

39 Beispiel 2: NPath Complexity <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; false if($y) false true if($x) true if($y) false true if($z) if($z) if($z) if($z) false false false false true true true true NPath = 8 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 39

40 Subjektives Empfinden Welches Beispiel wirkt komplexer? <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; <?php class Foo { public function foo() { if ($x) { if ($y) { if ($z) { return $x; Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 40

41 Ach ja, das war natürlich kein Plädoyer für tief geschachtelte Kontrollstrukturen Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 41

42 Grenzwerte Zahlen allein sagen noch nichts aus Was bedeuten 4, 4, 4, 8? Für eine Aussage benötigt man Grenzwerte Cyclomatic Complexity NPath Complexity 1-4: low, 5-7: medium, 8-10: high, 11+: hell 200: critical mass Grenzwerte sind immer Ermessenssache Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 42

43 Metriken kombinieren Die Kombination von Metriken erlaubt einen sehr tiefen Einblick in ein System. LOC: 300; CCN: 42; NOC: 5; NOM: 15 CCN / LOC = 0,14 Jede sechste Zeile eine Kontrollstruktur LOC / NOC = 60 Primär prozedural oder große Klassen LOC / NOM = 20 Große Methoden/Funktionen oder prozedural CCN / NOM = 2,8 Übermäßig komplexe Methoden/Funktionen Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 43

44 Schluss damit, beschäftigen wir uns mit den OO-Metriken. Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 44

45 Objektorientierte Metriken Chidamber & Kemerer OO-Metriken Afferent Coupling / Efferent Coupling Abstraction, Instability, Distance Modell für eine ausgewogene Architektur Code Rank (In)direkte Abhängigkeiten zwischen Komponenten Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 45

46 Chidamber & Kemerer Weighted Methods per Class (WMC) Summe der Komplexität aller Methoden Grenzwert Number Of Children (NOC) Anzahl der direkten Ableitungen Falsch gewählte Abstraktion Depth of Inheritance Tree (DIT) Vererbungsstrukturen erhöhen die Komplexität Grenzwert <= 5 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 46

47 CK OO-Metriken FooBar +bar() FooBar NOC = ; DIT = Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo NOC = ; DIT = Bar Bar +foo() NOC = ; DIT = Baz NOC = ; DIT = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 47

48 CK OO-Metriken FooBar +bar() FooBar NOC = 1; DIT = 0 Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo NOC = ; DIT = Bar Bar +foo() NOC = ; DIT = Baz NOC = ; DIT = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 48

49 CK OO-Metriken FooBar +bar() FooBar NOC = 1; DIT = 0 Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo NOC = 1; DIT = 1 Bar Bar +foo() NOC = ; DIT = Baz NOC = ; DIT = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 49

50 CK OO-Metriken FooBar +bar() FooBar NOC = 1; DIT = 0 Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo NOC = 1; DIT = 1 Bar Bar +foo() NOC = 0; DIT = 2 Baz NOC = ; DIT = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 50

51 CK OO-Metriken FooBar +bar() FooBar NOC = 1; DIT = 0 Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo NOC = 1; DIT = 1 Bar Bar +foo() NOC = 0; DIT = 2 Baz NOC = 0; DIT = 0 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 51

52 Afferent- & Efferent-Coupling Afferent Coupling (Ca) Eingehende Abhängigkeiten anderer Komponenten Großer Einfluss aus die Stabilität des Systems Efferent Coupling (Ce) Ausgehende Abhängigkeiten: Vererbung, Parameter, Exceptions, Allokationen Abhängigkeit von Stabilität anderer Komponenten Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 52

53 Afferent- & Efferent-Coupling FooBar +bar() FooBar Ce = ; Ca = Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo Ce = ; Ca = Bar Bar +foo() Ce = ; Ca = Baz Ce = ; Ca = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 53

54 Afferent- & Efferent-Coupling FooBar +bar() FooBar Ce = 0; Ca = 1 Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo Ce = ; Ca = Bar Bar +foo() Ce = ; Ca = Baz Ce = ; Ca = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 54

55 Afferent- & Efferent-Coupling FooBar +bar() FooBar Ce = 0; Ca = 1 Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo Ce = 1; Ca = 2 Bar Bar +foo() Ce = ; Ca = Baz Ce = ; Ca = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 55

56 Afferent- & Efferent-Coupling FooBar +bar() FooBar Ce = 0; Ca = 1 Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo Ce = 1; Ca = 2 Bar Bar +foo() Ce = 1; Ca = 1 Baz Ce = ; Ca = Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 56

57 Afferent- & Efferent-Coupling FooBar +bar() FooBar Ce = 0; Ca = 1 Foo +bar() +baz() Baz +foo() +bar() Foo Ce = 1; Ca = 2 Bar Bar +foo() Ce = 1; Ca = 1 Baz Ce = 2; Ca = 0 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 57

58 Abstraction, Instability&Distance Modell für eine ausgewogene Architektur Basiert auf Ce, Ca, abstrakten(ac) und konkreten(cc) Softwareartefakten Abstraction Instability Distance A = AC / (AC + CC) I = Ce / (Ce + Ca) D = A + I - 1 Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 58

59 Abstraction, Instability&Distance Unser Beispiel übertragen auf einen Graphen Baz Bar Foo FooBar Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 59

60 Zu guter Letzt mein Favorit Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 60

61 CodeRank Basiert auf dem Google PageRank Software wird auf eine Graphen abgebildet Knoten(π) je Softwareartefakt Pakete, Klassen, Methoden Kanten(ρ) für jede Beziehung Vererbung, Aufrufe, Parameter, Exceptions Für den CodeRank gilt: CR(π i ) = r ((1 - d) + d r (CR(π r ) / ρ r )) Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 61

62 CodeRank CR n (FooBar) CR n (Foo) = (1 -d) + d * CR n - 1 (Foo) = (1 -d) + d * (CR n - 1 (Bar) + 0,5 * CR n - 1 (Baz)) CR n (Bar) = (1 -d) + d * (0,5 * Cr n - 1 (Baz)) CR n (Baz) = (1 -d) + d * 0 # FooBar Foo Bar Baz Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 62

63 CodeRank CR 1 (FooBar) = (1 -d) + d * CR 0 (1) CR 1 (Foo) = (1 -d) + d * (CR 0 (1) + 0,5 * CR 0 (1)) CR 1 (Bar) = (1 -d) + d * (0,5 * CR 0 (1)) CR 1 (Baz) = (1 -d) + d * 0 # FooBar Foo Bar Baz , , , , Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 63

64 CodeRank CR 2 (FooBar) = (1 -d) + d * CR 1 (1,425) CR 2 (Foo) = (1 -d) + d * (CR 1 (0,575) + 0,5 * CR 1 (0,15)) CR 2 (Bar) = (1 -d) + d * (0,5 * CR 1 (0,15)) CR 2 (Baz) = 0,15 # FooBar Foo Bar Baz , , , , , , , , Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 64

65 CodeRank CR 3 (FooBar) = (1 -d) + d * CR 2 (0,7025) CR 3 (Foo) = (1 -d) + d * (CR 2 (0,21375) + 0,5 * CR 2 (0,15)) CR 3 (Bar) = (1 -d) + d * (0,5 * CR 2 (0,15)) CR 3 (Baz) = 0,15 # FooBar Foo Bar Baz , , , , , , , , , , , , Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 65

66 CodeRank CR 4 (FooBar) = (1 -d) + d * CR 3 (0, ) CR 4 (Foo) = (1 -d) + d * (CR 3 (0,21375) + 0,5 * CR 3 (0,15)) CR 4 (Bar) = (1 -d) + d * (0,5 * CR 3 (0,15)) CR 4 (Baz) = 0,15 # FooBar Foo Bar Baz , , , , , , , , , , , , , , , , Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 66

67 CodeRank CR 5 (FooBar) = (1 -d) + d * CR 4 (0, ) CR 5 (Foo) = (1 -d) + d * (CR 4 (0,21375) + 0,5 * CR 4 (0,15)) CR 5 (Bar) = (1 -d) + d * (0,5 * CR 4 (0,15)) CR 5 (Baz) = 0,15 # FooBar Foo Bar Baz , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 67

68 CodeRank Mit dem CodeRank können auch indirekte Abhängigkeiten bewertet werden. Logik mit Einfluss auf das gesamte System kann schnell gefunden werden Äquivalent der Reverse CodeRank Kann mit dem selben Algorithmus berechnet werden Gibt Aufschluss über stark abhängige Komponenten Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 68

69 Metriken sind keine Magie, sondern einfache Maßzahlen... nutzlos, ohne Grenz- oder Referenzwerte... skalierbar, wachsen mit der Projektgröße... automatisierbar und reproduzierbar... objektiv, da Software gestützt... interpretierbar, abhängig vom Betrachter Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 69

70 Done Hamburg, 12. Sep. 09 PHP Unconference - Softwaremetriken verstehen und nutzen 70