Aspect-Oriented Refactoring of Berkeley DB

153 Pages·2007·1.24 MB·English

by  Christian Kästner

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
School of Computer Science
Department of Technical and Business Information Systems
Diplomarbeit
Aspect-Oriented Refactoring of Berkeley DB
Author:
Christian Kästner
February 7,2007
Advisors:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Gunter Saake
UniversityofMagdeburg
SchoolofComputer Science
Department ofTechnical andBusiness Information Systems
P.O.Box4120,D–39016 Magdeburg, Germany
Prof. Don Batory
TheUniversity ofTexasatAustin
Department ofComputerSciences
2.124 TaylorHall,Austin,Texas78712, USA
Kästner,Christian:
Aspect-OrientedRefactoringofBerkeleyDB
Diplomarbeit,Otto-von-Guericke-UniversitätMagdeburg,2007.
CONTENTS I
Contents
Contents i
ListofFigures v
ListofTables vii
ListofAbbreviations ix
1 Introduction 1
1.1 CaseStudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Scope andDelimitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 BerkeleyDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 StructureofthisThesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Background 7
2.1 ArchitectureofBerkeleyDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Refactoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Feature-OrientedProgramming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Aspect-OrientedProgramming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5 AspectJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.6 AHEAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3 Refactoring Berkeley DBwithAspectJ 25
3.1 Infrastructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2 IdentificationofFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3 TheRefactoring Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3.1 Staticintroductions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3.2 Methodrefinements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.3 Homogeneousextensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3.4 Accessinglocalvariables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.5 VerifyingCorrectness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4 Refactored Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4.1 Feature size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
II CONTENTS
3.4.2 Verylarge features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.5 FeatureModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4 Expressiveness ofAspectJLanguage Constructs 53
4.1 AspectJLanguageConstructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.1 StaticIntroductions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.2 Methodextensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.3 Callextensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.4 Conditionalextensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.5 Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.1.6 Homogeneousextensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.1.7 Otherlanguageconstructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2 LanguageLimitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2.1 StatementExtensionProblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.2.2 Parameter IntroductionandPassingProblem . . . . . . . . . . . . 61
4.2.3 ExceptionIntroductionProblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.2.4 LocalVariablesAccessProblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2.5 AdviseObjectsProblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.2.6 Scope Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5 The Feature OptionalityProblem 79
5.1 DerivativeFeature Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.1.1 Semanticvs. ImplementationDependencies . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.2 ImplementingDerivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.3 Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2 OptionalWeavingApproach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6 Feature Order 91
6.1 ObservationsonShared JoinPoints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.2 ObservationsonAccidentalWeaving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.3 ObservationsonAspectExtensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.4 OtherProblemsofAspectJ’sWeaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7 Understandably andMaintainabilityofRefactored Features 99
7.1 AspectJSyntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
7.1.1 General Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.1.2 AdvancedPointcutsare HardtoUnderstand . . . . . . . . . . . . . 102
7.1.3 ComplexityandScale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
7.2 CouplingofBase CodeandAspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.3 FragilePointcuts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.3.1 ProblemDefinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.3.2 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.3.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7.4 ReadabilityoftheBase Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
8 Related Work 113
9 Conclusion 117
9.1 FurtherWork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
9.2 ColoredIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
A The DimensionModel 125
Bibliography 129
IV
LIST OF FIGURES V
List of Figures
2.1 ArchitectureOverviewofBerkeleyDB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 ExtractMethodRefactoringExample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 ExtractMethodRefactoring: EclipseDialog. . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 FeatureDiagramNotations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5 FeatureDiagramExample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6 guidslGrammarExample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.7 AspectJAspectExample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.8 AHEADFeature Modules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.9 Composed AHEADFeature Module. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1 StaticintroductionsusingAspectJ’s ITMDs. . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2 DifferentVersionsofRefactored Introductions. . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.3 ExtractSimpleMethodRefinement Refactoring. . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.4 ExtractCallRefinementRefactoring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.5 ExtractInnerMethodRefinementRefactoring. . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.6 RequiredAccesstoaLocalVariable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.7 HookMethodtoAccessandChangeLocalVariables. . . . . . . . . . . . . 40
3.8 FeatureDiagramofBerkeleyDB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.9 guidslGrammarofBerkeleyDB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.10 LoggingSubsystemFeatureDiagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.11 I/OSubsystemFeature Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.1 ComparisonofConditionalandUnconditionalCrosscuts. . . . . . . . . . . 55
4.2 HomogeneousCrosscutsfortheTriggerLatchExtension. . . . . . . . . . . 57
4.3 ExampleoftheParameterIntroductionandPassingProblem. . . . . . . . . 62
4.4 Passinga ParameterwithacflowPointcut. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.5 PassingParameterswithaParameterObject. . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.6 PassingParameterswithapotentialAspectJExtension. . . . . . . . . . . . 68
4.7 ExceptionIntroductionProblematcallPointcuts. . . . . . . . . . . . . . . 70
4.8 PreventingAccesstoMemberVariable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.9 CaptureLocalVariablefromCaller’sParameter. . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.10 AccesstoLocalVariableswitha context Keyword. . . . . . . . . . . . . . 72
4.11 DifferentApproachestoAdviseanObject. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.1 FeatureOptionalityExample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.2 ResolvingFeatureInteractions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.3 DerivativefortheExample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.4 ResolvedStatisticsSubsystemFeature Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.5 ScaleofDerivativeFeatures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.6 AutomaticDerivativeSelectionusingaguidslGrammar. . . . . . . . . . . 87
5.7 OptionalAdviceExample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.1 FeatureOrderExamplewith SJP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.2 DaemonThreadsCreationandShutdownOrder. . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.3 AspectRecursion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.4 ErrorPropagation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
7.1 SyntaxComparison. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.2 PointcutComplexityDiagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.3 FeatureSize vs. PointcutComplexity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.4 Aspect-awareExtractMethodRefactoring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
9.1 ColoredSource Code. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
9.2 ColoredIDEScreenshot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
A.1 QuantifiedInteractionbetweenDimensions. . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
A.2 VariablesoftheDerivativeModel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
List of Tables
2.1 AspectJPointcutDesignatorsinAspectJ1.5. . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1 UsedMetrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2 FeatureSize. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3 FeatureDependencies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1 HomogeneousDynamicExtensions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2 ExtensionsusedinRefactoringBerkeleyDB. . . . . . . . . . . . . . . . . 76
VIII