A pragmatic approach to measure the quality of Component–Based Software Applications
Une approche pragmatique pour mesurer la qualité des applications à base de composants logiciels
Résumé
Over the past decade, many companies proceeded with the introduction of component-oriented software technology in their development environments. The component paradigm that promotes the assembly of autonomous and reusable software bricks is indeed an interesting proposal to reduce development costs and maintenance while improving application quality. In this paradigm, as in all others, architects and developers need to evaluate as soon as possible the quality of what they produce, especially along the process of designing and coding. The code metrics are indispensable tools to do this. They provide, to a certain extent, the prediction of the quality of « external » component or architecture being encoded. Several proposals for metrics have been made in the literature especially for the component world. Unfortunately, none of the proposed metrics have been a serious study regarding their completeness, cohesion and especially for their ability to predict the external quality of developed artifacts. Even worse, the lack of support for these metrics with the code analysis tools in the market makes it impossible to be used in the industry. In this state, the prediction in a quantitative way and « a priori » the quality of their developments is impossible. The risk is therefore high for obtaining higher costs as a consequence of the late discovery of defects. In the context of this thesis, I propose a pragmatic solution to the problem. Based on the premise that much of the industrial frameworks are based on object-oriented technology, I have studied the possibility of using some « conventional » code metrics unpopular to component world, to evaluate component-based applications. Indeed, these metrics have the advantage of being well defined, known, equipped and especially to have been the subject of numerous empirical validations analyzing the predictive power for imperatives or objects codes. Among the existing metrics, I identified a subset of them which, by interpreting and applying to specific levels of granularity, can potentially provide guidance on the compliance of developers and architects of large principles of software engineering, particularly on the coupling and cohesion. These two principles are in fact the very source of the component paradigm. This subset has the ability to represent all aspects of a component-oriented application : internal view of a component, its interface and compositional view through architecture. This suite of metrics, identified by hand, was then applied to 10 open-source OSGi applications, in order to ensure, by studying of their distribution, that it effectively conveyed relevant information to the component world. I then built predictive models of external quality properties based on these internal metrics : reusability, failure, etc. The development of such models and the analysis of their power are only able to empirically validate the interest of the proposed metrics. It is also possible to compare the « power » of these models with other models from the literature specific to imperative and/or object world. I decided to build models that predict the existence and frequency of defects and bugs. To do this, I relied on external data from the history of changes and fixes a panel of 6 large mature OSGi projects (with a maintenance period of several years). Several statistical tools were used to build models, including principal component analysis and multivariate logistic regression. This study showed that it is possible to predict with these models 80% to 92% of frequently buggy components with reminders ranging from 89% to 98%, according to the evaluated projects. Models for predicting the existence of a defect are less reliable than the first type of model. This thesis confirms thus the interesting « practice » of using common and well equipped metrics to measure at the earliest application quality in the component world.
Ces dernières années, de nombreuses entreprises ont introduit la technologie orientée composant dans leurs développements logiciels. Le paradigme composant, qui prône l’assemblage de briques logiciels autonomes et réutilisables, est en effet une proposition intéressante pour diminuer les coûts de développement et de maintenance tout en augmentant la qualité des applications. Dans ce paradigme, comme dans tous les autres, les architectes et les développeurs doivent pouvoir évaluer au plus tôt la qualité de ce qu’ils produisent, en particulier tout au long du processus de conception et de codage. Les métriques sur le code sont des outils indispensables pour ce faire. Elles permettent, dans une certaine mesure, de prédire la qualité « externe » d’un composant ou d’une architecture en cours de codage. Diverses propositions de métriques ont été faites dans la littérature spécifiquement pour le monde composant. Malheureusement, aucune des métriques proposées n’a fait l’objet d’une étude sérieuse quant à leur complétude, leur cohésion et surtout quant à leur aptitude à prédire la qualité externe des artefacts développés. Pire encore, l’absence de prise en charge de ces métriques par les outils d’analyse de code du marché rend impossible leur usage industriel. En l’état, la prédiction de manière quantitative et « a priori » de la qualité de leurs développements est impossible. Le risque est donc important d’une augmentation des coûts consécutive à la découverte tardive de défauts. Dans le cadre de cette thèse, je propose une réponse pragmatique à ce problème. Partant du constat qu’une grande partie des frameworks industriels reposent sur la technologie orientée objet, j’ai étudié la possibilité d’utiliser certaines des métriques de codes "classiques", non propres au monde composant, pour évaluer les applications à base de composants. Parmi les métriques existantes, j’ai identifié un sous-ensemble d’entre elles qui, en s’interprétant et en s’appliquant à certains niveaux de granularité, peuvent potentiellement donner des indications sur le respect par les développeurs et les architectes des grands principes de l’ingénierie logicielle, en particulier sur le couplage et la cohésion. Ces deux principes sont en effet à l’origine même du paradigme composant. Ce sous-ensemble devait être également susceptible de représenter toutes les facettes d’une application orientée composant : vue interne d’un composant, son interface et vue compositionnelle au travers l’architecture. Cette suite de métrique, identifiée à la main, a été ensuite appliquée sur 10 applications OSGi open- source afin de s’assurer, par une étude de leur distribution, qu’elle véhiculait effectivement pour le monde composant une information pertinente. J’ai ensuite construit des modèles prédictifs de propriétés qualité externes partant de ces métriques internes : réutilisation, défaillance, etc. J’ai décidé de construire des modèles qui permettent de prédire l’existence et la fréquence des défauts et les bugs. Pour ce faire, je me suis basée sur des données externes provenant de l’historique des modifications et des bugs d’un panel de 6 gros projets OSGi matures (avec une période de maintenance de plusieurs années). Plusieurs outils statistiques ont été mis en œuvre pour la construction des modèles, notamment l’analyse en composantes principales et la régression logistique multivariée. Cette étude a montré qu’il est possible de prévoir avec ces modèles 80% à 92% de composants fréquemment buggés avec des rappels allant de 89% à 98%, selon le projet évalué. Les modèles destinés à prévoir l’existence d’un défaut sont moins fiables que le premier type de modèle. Ce travail de thèse confirme ainsi l’intérêt « pratique » d’user de métriques communes et bien outillées pour mesurer au plus tôt la qualité des applications dans le monde composant.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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