Die Programmierumgebung
der Zukunft
Andreas Zeller
Universität des Saarlandes

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Zusammenspiel

Zusammenspiel

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Fehler Versionen

Fehler auf
Code abbilden
Bugs Versionen

Warum sind manche Komponenten
Fehlerdichte in Eclipse
fehlerträchtiger als andere?

Sind es die Entwickler?
Macht Je mehr
Erfahrung einen Erfahrung, desto
Unterschied? mehr Fehler!

Ist es die Geschichte?
Wir haben hier
Dann sind hier
viele Fehler
noch mehr!
gefunden…

Ist es die
Programmiersprache?
Sind gotos
Keine Korrelation!
schädlich?

Wie steht es mit
Metriken?
Korrelieren Metriken
mit Fehlerdichte?

Projekte
• Internet Explorer 6
• IIS Server
• Windows Process Messaging
• DirectX
• NetMeeting
>1.000.000 Codezeilen

Projekte
A B C D E

Korrelieren Metriken
mit Fehlerdichte?
Projekt Korrelierte Metriken
A #Classes und 5 abgeleitete
B fast alle
C alle außer MaxInheritanceDepth
D nur #Lines
E #Functions, #Arcs, McCabe

Wie steht es mit
Metriken?
Korrelieren Metriken
mit Fehlerdichte?
Manchmal!

Vorhersage
fehlerträchtiger Module
• Grundidee: Metriken kombinieren
• Größtes Gewicht für vorhersagende Metriken
• Problem: Metriken sind untereinander korreliert
• Lösung: Principal Component Analysis (PCA)

6 4
4 8
8 3
1 5
5 1
7 7
3 10
9 2
10 6
2 9
Vorhersage Tatsache

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Vorhersage Tatsache

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2 9
Vorhersage Tatsache

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7 7
3 10
9 2
10 6
2 9
Vorhersage Tatsache

Ist es die Geschichte?
Wir haben hier Dann sind
noch mehr Fehler
viele Fehler
in ähnlichen
gefunden… Modulen!

Ok. Problembereich?
Welche Tokens import • extends
sind relevant? • implements

Eclipse Imports
71% aller Komponenten, die compiler importieren,
müssen nach dem Release korrigiert werden
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.lookup.*;
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.*;
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.ast.*;
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.util.*;
...
import org.eclipse.pde.core.*;
import org.eclipse.jface.wizard.*;
import org.eclipse.ui.*;
14% aller Komponenten, die ui importieren,
müssen korrigiert werden
Joint work with Adrian Schröter • Tom Zimmermann

Eclipse Imports
Korrelation mit Fehlschlagen
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.lookup.*;
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.*;
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.ast.*;
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.util.*;
...
import org.eclipse.pde.core.*;
import org.eclipse.jface.wizard.*;
import org.eclipse.ui.*;
Korrelation mit Erfolg

Vorhersage
Defekt kein Defekt
top 5%
10%
~300 Pakete
90%

Sicherheitslücken
in Firefox

✘ ✘ ✘
✘ ✘
✘
nsIContent.h
✘ ✘ ✘
✘ ✘ ✘
nsIContentUtils.h
✘ ✘ ✘
✘ ✘
✘
nsIScriptSecurityManager.h
✘ ✔ ✘ ✘

✘ ✘ ✘
✘ ✘
✘ ✘ ✘
nsIPrivateDOMEvent.h
✘ ✘
✘ ✘ ✘
✘ ✘
nsReadableUtils.h
✘
✘ ✘ ✘

Vorhersage Komponente Tatsache
1 nsDOMClassInfo 3
2 SGridRowLayout 95
3 xpcprivate 6
4 jsxml 2
5 nsGenericHTMLElement 8
6 jsgc 3
7 nsISEnvironment 12
8 jsfun 1
9 nsHTMLLabelElement 18
10 nsHttpTransaction 35

• Wissen, wo die Fehler sind
• Kalibrieren der Fehlervorhersage
• Wissen, wo die nächsten Fehler sind
• Vollautomatisch!

Software-Archive
• enthalten komplette Projektgeschichte
• gepflegt durch Programmierumgebungen
• automatischer Zugang
• frei verfügbar durch Open-Source Projekte
Bugs Changes

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
“Welche Module sollte
ich am meisten testen?”
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
“Wie lange wird es dauern,
diesen Fehler zu beheben?”
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
“Diese Anforderung
ist riskant”
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Jazz.net
IBM Jazz Faculty Award
für Fehlervorhersage
aus Entwicklungsdaten
25,000$

Daten sammeln

Aus Abläufen lernen
<init> isEmpty()
add(3)
remove(2)
remove(1)
remove(3)
add(2)
add(1) v:Vector
false
true
1 2 3
<init> add()
add()
isEmpty() ¬isEmpty()
remove()
remove()

Strukturiertes Lernen
Erfolgreiche Läufe Fehlschlagende Läufe
add()
<init> add() <init> add()
isEmpty() ¬isEmpty isEmpty() ¬isEmpty
clear()
clear()
✔ remove()
↯
Programm Lerner ✔ ↯

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
Lerner
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Fehlerdichte in Eclipse

Studien
Make this
Actionable!
Rosenberg, L. and Hyatt, L. “Developing An Effective Metrics Program”
European Space Agency Software Assurance Symposium, Netherlands, March, 1996

Zukünftige Programmierumgebungen werden
• Muster in Programm und Prozess erkennen
• Regeln anwenden, um Vorhersagen zu machen
• alle Entwicklungsentscheidungen unterstützen
• ihre Unterstützung an das Projekt anpassen

Wikis
Joy of Use
Participation Usability
Recommendation Social Software
Collaboration Perpetual Beta Simplicity
Empirie 2.0
Trust
Economy
Remixability The Long Tail
DataDriven

Herausforderungen

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
Programm-Daten
Prozess-Daten
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Modelle Specs Code Traces Profile Tests
Deduktion
Induktion
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Modelle Specs Code Traces Profile Tests
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Modelle Specs Code Traces Profile Tests
e-mail Fehler Aufwand Navigation Versionen Chats

Fazit