[pt] Um dos objetivos da engenharia de software é a construção de software com um nível de qualidade elevado com o menor custo e no menor tempo possível. Nesse contexto, muitas técnicas para o controle da qualidade de design de software têm sido definidas. Além disso, mecanismos baseados em métricas para a detecção de problemas também têm sido definidos. A maioria dessas técnicas e mecanismos foca a análise do código fonte. Porém, para reduzir retrabalho inútil, é importante utilizar técnicas de análise da qualidade capazes de detectar problemas de design já desde os modelos dos sistemas. Esta dissertação propõe: (i) um conjunto de estratégias de detecção para identificar, em modelos UML, problemas de design específicos e recorrentes na literatura: Long Parameter List, God Class, Data Class, Shotgun Surgery, Misplaced Class e God Package, e (ii) a utilização do modelo da qualidade QMOOD para avaliar design de software a partir de seus diagramas de classes. Para automatizar a aplicação destes mecanismos foi implementada uma ferramenta: a QCDTool. Os mecanismos desenvolvidos foram avaliados no contexto de dois estudos experimentais. O primeiro estudo avaliou a acurácia, precisão e recall das estratégias de detecção propostas. Esse estudo mostrou os benefícios e desvantagens da aplicação, em modelos, das estratégias de detecção propostas. O segundo estudo avaliou a utilidade da aplicação do modelo da qualidade QMOOD em diagramas UML. Esse estudo mostrou que foi possível identificar, em diagramas de classes, variações das propriedades de design, e, conseqüentemente, dos atributos da qualidade nos sistemas analisados. / [en] One of the goals of software engineering is the development of high quality software at a small cost an in a short period of time. In this context, several techniques have been defined for controlling the quality of software designs. Furthermore, many metrics-based mechanisms have been defined for detecting software design flaws. Most of these mechanisms and techniques focus on analyzing the source code. However, in order to reduce unnecessary rework it is important to use quality analysis techniques that allow the detection of design flaws earlier in the development cycle. We believe that these techniques should analyze design flaws starting from software models. This dissertation proposes: (i) a set of strategies to detect, in UML models, specific and recurrent design problems: Long Parameter List, God Class, Data Class, Shotgun Surgery, Misplaced Class and God Package; (ii) and the use of QMOOD quality model to analyze class diagrams. To automate the application of these mechanisms we implemented a tool: the QCDTool. The detection strategies and QMOOD model were evaluated in the context of two experimental studies. The first study analyzed the accuracy, precision and recall of the proposed detection strategies. The second study analyzed the utility of use QMOOD quality model in the class diagrams. The results of the first study have shown the benefits and drawbacks of the application in class diagrams of some of the proposed detection strategies. The second study shows that it was possible to identify, based on class diagrams, variations of the design properties and consequently, of the quality attributes in the analyzed systems.

[pt] O desenvolvimento de software orientado a aspectos é um paradigma recente que introduz novas abstrações e mecanismos com o objetivo de melhorar a modularidade de interesses que se espalham pelo sistema. Entretanto, a satisfação de atributos de qualidade em sistemas orientados a aspectos não é tarefa simples e a utilização equivocada destas novas abstrações pode resultar em efeitos colaterais relacionados a princípios importantes da Engenharia de Software, tais como elevado acoplamento, baixa coesão dos módulos e incompleta modularidade dos interesses em aspectos. Problemas como estes não são facilmente verificáveis em sistemas de médio e grande porte sem um método adequado e, geralmente, consomem muito tempo e recursos. Portanto, torna-se necessário um método de avaliação que auxilie engenheiros de software na análise de sistemas orientados a aspectos. Este trabalho de mestrado propõe uma abordagem que provê suporte à avaliação quantitativa de implementações orientadas a aspectos. A abordagem incluiu: (i) um método de avaliação organizado em etapas, e (ii) uma ferramenta de medição e avaliação, chamada AJATO, que dá suporte ao método proposto. O método é composto por um conjunto de métricas e regras heurísticas. As métricas fornecem informações quantitativas e as heurísticas contribuem com algum raciocínio semântico dos números. A ferramenta AJATO é composta por quatro módulos que efetuam o parser do código, mapeamento de estruturas sintáticas em interesses, medição e avaliação heurística. Um conjunto de cinco estudos de caso envolvendo domínios de aplicação distintos foi realizado para avaliar a utilidade e usabilidade da abordagem proposta. / [en] Aspect-oriented software development is an emerging paradigm that provides new abstractions and mechanisms to support the modularization of crosscutting concerns through the software development lifecycle. However, the achievement of high-quality aspect-oriented software is not trivial. The inappropriate use of aspect-oriented abstractions and mechanisms potentially leads to the violation of important design principles, such as low coupling, high cohesion, incomplete modularization of crosscutting concerns into aspects, and so forth. These problems are not easily detectable and an ad hoc analysis of large designs and implementations is often expensive and time- consuming. Hence there is a need for an assessment method that assists software engineers in the analysis of their aspect-oriented implementations. This work proposes the development of a systematic approach to support the quantitative assessment of aspect-oriented software. The approach is organized in a stepwise fashion and is founded on a metrics suite and a comprehensive set of complementary rules. Our proposal is supported by a measurement and assessment tool. A set of five case studies from different application domains have been carried out in order to evaluate the usability and usefulness of our proposed approach.

[pt] Agentes de software incorporam várias propriedades específicas, como autonomia, adaptação, interação, aprendizagem e mobilidade. A inclusão dessas propriedades de agência é uma das maiores fontes de complexidade na construção de sistemas multiagentes. Dificilmente elas são modularizadas com abstrações e mecanismos da engenharia de software orientada a objetos. À medida que a complexidade da arquitetura interna dos agentes aumenta, essas propriedades tendem a se espalhar através dos vários módulos ou objetos do sistema. O espalhamento é observado desde fases preliminares de desenvolvimento, como a fase de definição arquitetural. O uso de abstrações e mecanismos existentes conduz ao projeto e à implementação de sistemas multiagentes que são difíceis de manter e reutilizar. Este trabalho apresenta uma abordagem orientada a aspectos para o desenvolvimento de sistemas baseados em agentes. A abordagem provê suporte para modularização e composição das propriedades de agência por meio de abstrações e mecanismos do paradigma orientado a aspectos. Além disso, tais propriedades são incorporadas de forma transparente à funcionalidade básica do sistema de software, desde a fase de definição arquitetural. A abordagem compreende três componentes: (i) um método arquitetural, (ii) uma linguagem de padrões e (iii) um framework para avaliação quantitativa. O método e a linguagem apresentam um conjunto de soluções orientadas a aspectos para a definição arquitetural, projeto e implementação de agentes de software. O framework define um conjunto de métricas e um modelo de qualidade que permite a avaliação empírica da nossa abordagem em termos de reusabilidade e manutenibilidade. Estudos experimentais qualitativos e quantitativos foram realizados para avaliar nossa proposta em diferentes domínios de aplicação. Os resultados empíricos concluíram que nossa abordagem permite a construção de sistemas baseados em agentes com modularização superior, menor acomplamento, menos linhas de código e menor complexidade interna dos componentes. / [en] Software engineers of Multi-Agent Systems (MASs) are faced with different concerns (properties), such as autonomy, adaptation, interaction, collaboration, learning, and mobility. Many of these agent concerns cannot be modularized based only on object-oriented abstractions. MAS developers however have relied mostly on objectoriented design techniques and on object-oriented programming languages, such as Java. As the agent complexity increases, the agent concerns tend to spread across several system components at the architectural, design and implementation levels. It often leads to a poor separation of agent concerns in the software system, and in turn to the production of MASs that are difficult to maintain and reuse. This thesis presents an innovative aspect-oriented approach for the seamless integration of agents into object-oriented software engineering from the architectural stage to the implementation stage. Aspect is the abstraction used to modularize agent concerns that crosscut several system components. The proposed approach encourages the separate handling of agent properties, and provides a disciplined scheme for their composition. The approach is composed of an architectural method, a pattern language, and an assessment framework. The architectural method and the pattern language provide aspect-oriented solutions for modularizing the agent concerns at different stages of design and implementation. The purpose of the assessment framework is to support the evaluation of the reusability and maintainability of aspect-oriented solutions based on a metrics suite and a quality model. Experimental studies in different application domains have been conducted to assess the proposed approach based on qualitative and quantitative criteria. The use of the aspect-oriented solutions resulted in fewer lines of code, fewer design and implementation components, lower internal complexity of system components, and lower coupling.

[pt] Arquitetos de software utilizam cada vez mais mecanismos de auto- organização para projetar sistemas distribuídos em um ambiente dinâmico, com ruído e imprevisível. Neste cenário, além de não existir uma entidade centralizadora que possua o conhecimento completo do estado do ambi- ente como um todo, mecanismos de auto-organização são principalmente inspirados pela natureza e permitem o comportamento com controle de- scentralizado. Existem duas linhas de pesquisa que direcionam esta tese: a primeira, como é o caso de qualquer paradigma de engenharia de soft- ware, o sucesso e abrangência de uso de sistemas auto-organizáveis requerem notações que exploram o uso de abstrações relacionadas a auto-organização e promovam a rastreabilidade a partir de modelos de projeto à código, e re- querem métodos de engenharia para prover know-how e guiar um engenheiro durante o projeto da aplicação. A segunda linha de pesquisa foca no incen- tivo do reuso de software em sistemas auto-organizáveis. Os objetivos desta tese são: prover um método de engenharia baseado em simulação para apoiar o projeto, desenvolvimento, simulação, validação e refinamento de sistemas multi-agentes auto-organizáveis; e prover uma arquitetura baseada em sim- ulação. Um projeto arquitetural ajuda no desenvolvimento de uma estrutura de programa modular e na representação dos relacionamentos de controle entre módulos e encoraja o engenheiro de software a se concentrar no pro- jeto arquitetural antes de se preocupar com otimizações e código. Esta tese apresenta: um ciclo de vida de desenvolvimento iterativo baseado no Pro- cesso Unificado, SSOA - uma arquitetura de auto-organização baseada em simulação, e o framework que implementa a arquitetura. O método de pro- jeto e a arquitetura foram avaliados através de três domínios de aplicação diferentes: veículos guiados automatizados, contratos que governam sistemas multi-agentes emergentes, e modelagem computacional do comportamento de células-tronco. / [en] Software architects are increasingly relying on self-organizing mechanisms to design distributed systems within a dynamic, noisy and unpredictable envi- ronment. At any point in time, no centralized entity has complete knowledge of the state of the environment as a whole and self-organizing mechanisms are mainly naturally-inspired which enables the decentralized control. There are two tracks that drive the research in this thesis: first, as it is the case with any new software engineering paradigm, the successful and widespread deployment of self-organizing systems require notations that explore the use of self-organizing related abstractions and promote the traceability from the design models to code, and engineering methods that provides know-how and guides an engineer during an application design. The second research track is to promote software reuse of self-organizing systems. This thesis’s goals are: to provide a simulation-based engineering method to support the design, development, simulation, validation and refinement of self-organizing multi-agent systems; and to provide a simulation-based architecture. An ar- chitectural design helps on the development of a modular program structure and on the representation of the control relationships between modules and encourages the software engineer to concentrate on architectural design be- fore worrying about optimizations or code. We present: an iterative develop- ment life-cycle based on a customization of the Unified Process, the SSOA – Simulation-based Self-Organizing Architecture –, and the framework that implements the architecture. We have evaluated the design method and ar- chitecture using three different application domains: the automated guided vehicles, the contracts that govern emergent multi-agent systems, and the stem cell behavior computational modeling.

[pt] O desenvolvimento de software orientado a aspectos (DSOA) vem obtendo maior atenção tanto da academia quanto da indústria. Sistemas orientados a aspectos compreendem novas abstrações de engenharia de software e tratam de diferentes dimensões de complexidade. Conseqüentemente, o DSOA traz novos problemas para a engenharia de software experimental. Novos mecanismos de avaliação são necessários para medir os graus de manutenibilidade e reusabilidade de sistemas orientados a aspectos. Esta dissertação apresenta um framework de avaliação para o DSOA composto por dois elementos: um conjunto de métricas e um modelo de qualidade. No intuito de evitar a reinvenção de soluções já testadas, esses elementos são baseados em princípios bem conhecidos da engenharia de software e métricas já existentes. O framework proposto foi avaliado no contexto de dois estudos empíricos de domínios distintos, com características, níveis de controle e níveis de complexidade diferentes. O primeiro estudo empírico comparou uma abordagem orientada a objetos com uma abordagem orientada a aspectos para o projeto e implementação de um sistema multi- agentes. O segundo estudo envolveu a aplicação do framework proposto para avaliar as implementações em Java e AspectJ dos padrões de projeto da GoF. / [en] Aspect-oriented software development (AOSD) is gaining wide attention both in research environments and in industry. Aspect- oriented systems encompass new software engineering abstractions and different complexity dimensions. As a consequence, AOSD poses new problems to empirical software engineering. It requires new assessment mechanisms to measure the maintainability and reusability degrees of aspect-oriented systems. This dissertation presents an assessment framework for AOSD, which is composed of two components: a suite of metrics and a quality model. These components are based on well-known principles and existing metrics in order to avoid the reinvention of well-tested solutions. The proposed framework has been evaluated in the context of two different empirical studies with different characteristics, diverse domains, varying control levels and different complexity degrees. The first study compared an object-oriented approach and an aspect-oriented approach to the design and implementation of a multi-agent system. The second study involved the application of the proposed framework to evaluate Java and AspectJ implementations of the GoF design patterns.

[pt] Anomalias de código são estruturas anômalas de código que podem indicar problemas de manutenção. A identificação de anomalias é necessária para revelar elementos de código mal estruturados, tais como classes e métodos. Porém, a identificação individual de anomalias, realizada por um único desenvolvedor, pode ser ineficaz. Estudos reportam limitações da identificação individual de anomalias. Por exemplo, a identificação de anomalias requer uma compreensão profunda de múltiplos elementos de um programa, e cada elemento é melhor entendido por um desenvolvedor diferente. Logo, um desenvolvedor isolado frequentemente tem dificuldades para encontrar, confirmar e refutar uma suspeita de anomalia. Identificação colaborativa de anomalias, que é realizada em conjunto por dois ou mais colaboradores, tem o potencial para resolver esse problema. Porém, há pouca evidência empírica sobre a eficácia da identificação colaborativa de anomalias. Nesta tese, nós conduzimos estudos empíricos para entender a eficácia da identificação individual e colaborativa de anomalias. Computamos e comparamos a eficácia de colaboradores e desenvolvedores isolados com base no número de anomalias identificadas corretamente. Conduzimos tais estudos em empresas e laboratórios de pesquisa, totalizando 67 desenvolvedores, incluindo desenvolvedores novatos e experientes. Também definimos alguns fatores de influência sobre a eficácia da identificação colaborativa de anomalias, tais como a granularidade da anomalia. Revelamos e caracterizamos algumas atividades colaborativas que melhoram a eficácia dos desenvolvedores na identificação de anomalias. Finalmente, identificamos oportunidades para melhorar certas atividades colaborativas. Nossos resultados sugerem que colaboradores são significativamente mais eficazes que desenvolvedores isolados, tanto desevolvedores novatos quanto experientes. Concluímos que colaborar é vantajoso para melhorar a identificação de uma vasta gama de tipos de anomalia. / [en] Code smells are anomalous code structures which often indicate maintenance problems in software systems. The identification of code smells is required to reveal code elements, such as classes and methods, that are poorly structured. Some examples of code smell types perceived as critical by developers include God Classes and Feature Envy. However, the individual smell identification, which is performed by a single developer, may be ineffective. Several studies have reported limitations of individual smell identification. For instance, the smell identification usually requires an indepth understanding of multiple elements scattered in a program, and each of these elements is better understood by a different developer. As a consequence, a single developer often struggles and to find to confirm or refute a code smell suspect. Collaborative smell identification, which is performed together by two or more collaborators, has the potential to address this problem. However, there is little empirical evidence on the effectiveness of collaborative smell identification. In this thesis, we addressed the aforementioned limitations as follows. First, we conducted empirical studies aimed at understanding the effectiveness of both collaborative and individual smell identification. We computed and compared the effectiveness of collaborators and single developers based on the number of correctly identified code smells. We conducted these studies in both industry’s companies and research laboratories with 67 developers, including novice and professional developers. Second, we defined some influential factors on the effectiveness of collaborative smell identification, such as the smell granularity. Third, we revealed and characterized some collaborative activities which improve the developers effectiveness for identifying code smells. Fourth, we also characterized opportunities for further improving the effectiveness of certain collaborative activities. Our results suggest that collaborators are more effective than single developers in: (i) both professional and academic settings, and (ii) identifying a wide range of code smell types.