Vorlesung Software-Reengineering

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1 Vorlesung Software-Reengineering Prof. Dr. Rainer Koschke Arbeitsgruppe Softwaretechnik Fachbereich Mathematik und Informatik Universität Bremen Wintersemester 2005/06 Überblick I 1

2 1 Über diese Folien Lernziele Reengineering Kontext Programm-Visualisierung Statische Programm-Visualisierung Dynamische Programm-Visualisierung Visualisierung von Metriken Klassenblaupause Evolutionäre Aspekte Zusammenfassung Wiederholungsfragen Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Über diese Folien Diese Folien entstammen einer Präsentation von Michele Lanza (Universität Bern), mit dessen freundlicher Genehmigung. Die Unterschiede zum Original sind: Übersetzung ins Deutsche Kleinere Restrukturierungen und Verkürzungen Zusatz Spektrograph (Courtesy Jingwei Wu, Richard C. Holt, Ahmed Hassan, University of Waterloo, Canada) Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

3 Software-Visualisierung I Lernziele Software-Visualisierung in einem Reengineering-Kontext Statische Code-Visualisierung Dynamische Code-Visualisierung Visualisierung von Metriken Visualisierung der Evolution Leichtgewichtige Ansätze Kontext Reengineering ist meist interaktiv Große Datenmengen müssen verstanden werden Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Software-Visualisierung II Software Visualization is the use of the crafts of typography, graphic design, animation, and cinematography with modern human-computer interaction and computer graphics technology to facilitate both the human understanding and effective use of computer software. Price, Baecker and Small, Introduction to Software Visualization Software is intangible, having no physical shape or size. Software visualisation tools use graphical techniques to make software visible by displaying programs, program artifacts and program behaviour. Thomas Ball Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

4 SV im Reengineering-Kontext Ziele: Reduktion der Komplexität Herausforderungen: Skalierbarkeit Aufgabenabhängigkeit der Visualisierung Art der Visualisierung Begrenzte Ressourcen Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Programm-Visualisierung Program visualization is the visualization of the actual program code or data structures in either static or dynamic form. [Price, Baecker und Small] Gebiete Statische Programm-Visualisierung Dynamische Programm-Visualisierung Aufgaben Verschiedene Sichten generieren Inferenzen ermöglichen Spezifische Probleme (aktives Forschungsgebiet) Effiziente Ausnutzung des Platzes, Kantenüberschneidungen, Layout-Probleme, Fokus, Human-Computer-Interaction,... Keine Konventionen (Farben, Symbole, Interpretation,... ) Granularität? Ganze System, Subsysteme, Module, Klassen, Hierarchien,... Wofür, wie und wann anzuwenden? Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

5 Statische Programm-Visualisierung Visualisierung von Information, die statisch abgeleitet ist. Hängt von Sprache und Sprachparadigma ab: objektorientierte Sprachen: Klassen, Methoden, Attribute, Vererbung,... prozedurale Sprachen: Prozeduren, Aufrufe, Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Klassendiagramme I Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

6 Klassendiagramme II (wie von herkömmlichen CASE-Werkzeugen dargestellt... ) Vorteile: Stellen objektorientierte Konzepte dar Geeignet für kleine Ausschnitte Nachteile: Skalieren nicht Benötigen Filter für relevante Informationen Nur voreingestellte Sichten Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Beispiel 1a: Rigi Entity-Relationship- Visualisierung generische Präsentation durch typisierte Graphen Probleme: Filterung Navigation Skalierbarkeit Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

7 Beispiel 1b: Rigi Entities können gruppiert werden Vorteile: Skaliert besser generisch Nachteile: Wenig Programmiersprachensemantik Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Beispiel 2: Klassen-Hierarchien Jun/OpenGL Smalltalk Klassenhierarchie Probleme: Keine weitere Bedeutung der Farbe Überladen Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

8 Beispiel 3: Tree Maps Vorteile: hierarchisch (m.e.) 100% Raumnutzung skaliert Nachteile: Grenzen Wirres Bild Interpretation Nur Blätter Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Beispiele 4 und 5 Euklidische Kegel Vorteile: Nutzen dritte Dimension Nachteile: Mangelnde Tiefe Navigation Hyperbolische Bäume Vorteile: Fokus ist wählbar Dynamisch Nachteile: Copyright Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

9 Dynamische Programm-Visualisierung Visualisierung dynamischen Verhaltens Ausführungs-Trace Ressourcenverbrauch (Speicher/Laufzeit) Objekt-Interaktion... Schritte: 1 Code-Instrumentierung 2 Gewinnung der Laufzeitinformation 3 Auswertung der Laufzeitinformation 4 Visualisierung der Auswertung Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Beispiel 1: JInsight Visualisierung von Ausführungs-Traces Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

10 Beispiel 2: Aufrufmatrix für Klassen einfach skaliert reproduzierbar Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Dynamische SV: Probleme Code-Instrumentierungsproblem Logging, erweiterte Virtual Machines, Method-Wrapping Skalierbarkeitsproblem Fülle der Details Traces werden sehr schnell enorm groß Vollständigkeitsproblem Information gilt nur für betrachtete Szenarien Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

11 Visualisierung von Metriken Kombination von Metriken und Software-Visualisierung Graph-Repräsentation Bis zu fünf Metriken bestimmen die Visualisierung der Knoten: Größe (1+2) Farbe (3) Position (4+5) Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 System Complexity View Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

12 Method Efficiency Correlation View Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Inheritance Classification View Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

13 Data Storage Class Detection View Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Granularitätsproblem Hübsch... aber was verbirgt sich dahinter? Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

14 Klassenblaupause Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Semantische Information Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

15 Kategorisierung von Klassen Basiert auf Klassenblaupausen Zwei Perspektiven: Einzelne Klasse Vererbungskontext Klassenblaupause für jede einzelne Klasse Sind als Baum angeordnet Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Klassenblaupause: Data Storage Viele Attribute Kann viele Zugriffsoperationen haben (Accessors) Harmloses Verhalten Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

16 Klassenblaupause: Wide Interface Viele Methoden in der Schnittstelle Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Klassenblaupause: Large Implementation Geschachtelte Aufrufstruktur Viele Methoden Hohe Komplexität Breite Schnittstelle Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

17 Evolutionäre Aspekte Die Gegenwart ist oft verständlicher, wenn man die Vergangenheit kennt. Betrachtung von Aspekten des Systems über die Zeit. Metrikwerte können besser eingeschätzt werden. Erlaubt, Trends auszumachen. Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Evolutionsmatrix Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

18 Kategorisierung von Klassen anhand der Evolutionsmatrix Dargestellte Metriken für Klassen: NOM (number of methods) NOA (number of attributes) Kategorisierung anhand der individuellen Evolution und der System-Evolution : Pulsar Supernova Weißer Zwerg Roter Riese Dornröschen Eintagsfliege Methusalem Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Pulsar & Supernova Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

19 Weißer Zwerg, Roter Riese, Dornröschen Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Eintagsfliege & Methusalem Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

20 Fallstudie MooseFinder (38 Versionen) Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Spektrograph x-achse: Zeit; y-achse: Softwareeinheit; Farbe: #commits Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

21 Vorlesung Software-Reengineering Evolutionäre Aspekte Spektrograph Spektrograph x-achse: Zeit; y-achse: Softwareeinheit; Farbe: #commits Courtesy Jingwei Wu, Richard C. Holt, Ahmed Hassan, University of Waterloo, Canada Färbung im Spektrograph linearer Gradient exponentieller Gradient Stufen Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

22 Software-Visualisierung I SV ist unabdingbar im Reengineering-Kontext Match-Mismatch-Hypothese: problem-solving performance depends on whether the structure of a problem is matched by the structure of a notation Gilmore und Green Jede SV betont bestimmte Information und vernachlässigt andere Information. Geeignete SV ist abhängig von der zu lösenden Aufgabe. Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Software-Visualisierung II Alphabetismus der SV Wie drücke ich es aus? Wie interpretiere ich es? Vieles noch in der Forschung, wenig in kommerziellen Werkzeugen Software-Wahrnehmung: Andere menschliche Sinne werden genutzt Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

23 Literatur Object-Oriented Reverse Engineering - Coarse-grained, Fine-grained, and Evolutionary Software Visualization, Dissertation, Michele Lanza http: // lanza/information/information.html Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47 Wiederholungs- und Vertiefungsfragen I Wofür eignen sich Tree Maps und wie sind sie zu interpretieren? Welche Probleme gibt es bei der Visualisierung dynamischer Daten? Wie lassen sich Metriken visualisieren? Was ist eine Klassenblaupause? Wie lassen sich damit Klassen charakterisieren? Welche zusätzlichen Aspekte lassen sich durch die Visualisierung evolutionärer Daten gewinnen? Was sagt die Match-Mismatch-Hypothese (Gilmore und Green) aus? Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47

24 Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2005/ / 47