[pt] Os mecanismos de tratamento de exceções têm o objetivo de aumentar a robustez e a modularidade do software na medida em que promovem a separação entre o código dedicado ao tratamento de erros e código associado ao fluxo normal de execução do programa. Estes permitem a detecção de erros e a associação de respostas adequadas aos mesmos, através da execução de códigos de recuperação que são geralmente encapsulados em tratadores (do inglês: handlers). A importância dos mecanismos de tratamento de exceção é atestada pelo fato destes fazerem parte da maioria das linguagens de programação mais utilizadas na atualidade: Java, C++ e C#. Na última década a programação orientada a aspectos (POA) vem sendo amplamente utilizada como forma de modularizar interesses que se encontram espalhados nas decomposições primarias de um sistema (e.g., funções, classes, métodos) em uma abstração chamada aspecto. Os aspectos utilizam construções especificas para promover modificações externas nos programas, incluindo comportamentos adicionais em pontos específicos do código. POA vem sido utilizado com o objetivo de aumentar a modularidade do código de tratamento de exceção e de interesses transversais igualmente importantes tais como: persistência, distribuição, segurança, controle de transações e monitoramento. De acordo com alguns estudos empíricos, POA tem sido usado com sucesso com o objetivo de promover o tratamento de erro modular em vários cenários de tratamento de exceções. Porém, é sabido que mecanismos de programação flexíveis (e.g., herança e polimorfismo) podem ter um efeito negativo no tratamento de exceções. Se por um lado os mecanismos de composição POA baseados na inversão de controle podem trazer um novo leque de possibilidades de projeto, promovendo em muitas circunstâncias uma maior estabilidade do projeto (do inglês: design stability), eles podem perder seu valor se ele torna o tratamento de exceções propenso a erros (do inglês: error-prone). Refinamento aspectuais do comportamento do código base, podem por um lado promover a robustez do sistema em situações onde exceções são lançadas ou contribuir para os problemas típicos de tratamento de exceções mal projetados tais como: (i) exceções não capturadas (do inglês: uncaught exceptions); (ii) exceções capturadas por tratadores genéricos (do inglês: exception subsumption) (i.e., exceções capturadas por um tratador cujo argumento é um supertipo da exceção a ser tratada); (iii) e exceções capturadas por tratadores errados (do inglês: unintended handler action). Infelizmente, não existe nenhuma avaliação sistemática dos efeitos positivos e negativos da programação orientada a aspectos na robustez do código de tratamento de exceções. Os trabalhos de pesquisa descritos na literatura têm se limitado a analisar os impactos dos aspectos no fluxo normal de execução do programa. Além disso, a maioria dos estudos empíricos não vai além de discussões sobre os ganhos de modularidade e as ciladas associadas à utilização de aspectos - para o tratamento de exceções e de outros interesses transversais. Por exemplo, estes estudos não levam em consideração as conseqüências inerentes as novas exceções e tratadores que são adicionadas ao código base junto com a nova funcionalidade adicionada pelos aspectos. Esta tese descreve o primeiro estudo sistemático que avalia quantitativamente o impacto da composição aspectual no fluxo excepcional de programas. Este estudo se baseou na utilização de uma ferramenta de análise do fluxo de exceções chamada SAFE (do inglês: Static Analysis for the Flow of Exceptions) desenvolvida ao longo deste trabalho e na inspeção manual do código de tratamento de exceções de um conjunto de sistemas para os quais a versão Java e AspectJ estavam disponíveis. A ferramenta SAFE foi construída com base no framework SOOT para a análise e ot / [en] It has been empirically observed that aspect-oriented (AO) decompositions promote the modularity and the design stability of software systems containing crosscutting concerns. However, most of this existing empirical research has focused on the positive and negative impacts of AO programming in the modularization of crosscutting concerns in the context of normal control flow of programs. Consequently, most of these works do not account for the exceptions that may flow from aspects: when an aspect adds a new functionality to specific points in the code, this additional behavior may also bring new exceptions. An aspect also has the ability to handle exceptions that were previously handled inside the base code. Moreover, the exceptions that escape form aspects also flow inside the program, and may lead to unexpected error-prone scenarios, such as: unintended handler actions and uncaught exceptions. This thesis presents an empirical study to evaluate the impact of aspects on the exception flow of programs. To support the reasoning about the flow of exceptions on AO programs, a static analysis tool called SAFE (Static Analysis for the Flow of Exceptions) was implemented. Based on data empirically collected during the study we characterized a catalogue of bug patterns related to the exception handling code of AO programs. To help AO developers to check the reliability of the exception handling code, this work presents verification approach - supported by the SAFE tool - which provides guidelines to counter these bug patterns. Our findings show that the exception handling code in aspect-oriented programs tends to be error-prone, but that a verification approach based on static analysis can lead to significant improvements.

[pt] O paradigma de orientação a aspectos é utilizado em vários frameworks e aplicações com o objetivo de melhorar a modularidade e a separação de interesses. Contudo, a combinação do paradigma de orientação a aspectos com mecanismos de captura de exceção pode elevar o número de cenários sujeitos a falhas. Pois, os elementos que compõem os aspectos podem levantar exceções, as quais a aplicação não foi projetada para tratá-las. Nesta dissertação é apresentado (i) um estudo empírico mostrando como a programação orientada a aspectos afeta o tratamento de exceção de uma aplicação que utiliza o JBoss AOP como implementação do paradigma de orientação a aspectos; e (ii) uma ferramenta que deu suporte ao estudo. O estudo mostra que ocorrem falhas no tratamento de exceção principalmente porque as exceções são capturadas por subsunção. / [en] Aspect Oriented Paradigm (AOP) is used in many frameworks and applications in order to improve the modularity and separation of concerns. However, the combination of AOP and exception handling mechanisms may increase the number of error-prone scenarios. AOP may raise exceptions which the application was not designed to handle it. This dissertation presents (i) an empirical study showing how the AOP affects exception handling in an application that uses JBoss AOP to implement AOP, and (ii) a support tool for the study. The study shows that error-prone scenarios occur mainly because exception handling exceptions are caught by subsumption.

Em meados dos anos 90, alguns pesquisadores constataram a existência de certos interesses que, independente da técnica de programação utilizada ou da maneira como o sistema venha a ser decomposto, não se encaixam em módulos individuais, mas ficam espalhados por várias unidades do software (também chamados de interesses transversais). A programação orientada a aspectos (POA) foi concebida como uma proposta de resolução desse problema, a partir do uso de mecanismos que permitem o isolamento dos interesses transversais. Entretanto, por ser uma técnica nova, nesses primeiros anos os pesquisadores preocuparam-se em estabelecer os conceitos e técnicas básicos das linguagens orientadas a aspectos, deixando para uma segunda fase a investigação de outras características do desenvolvimento de programas orientados a aspectos, como métodos de projeto e abordagens de teste. Nesta dissertação é apresentada uma abordagem de teste estrutural para programas orientados a aspectos baseados na linguagem AspectJ, que pode contribuir para o aumento da confiança no software desenvolvido utilizando essa técnica e auxiliar o entendimento das novas construções e comportamentos envolvidos nesses programas. Modelos de fluxo de controle e de dados baseados no código-objeto resultante da compilação/ combinação de programas escritos na linguagem AspectJ são propostos, bem como nove critérios de teste baseados nesses modelos. Uma ferramenta desenvolvida para apoiar o teste estrutural de unidade de programas Java foi estendida para dar apoio aos modelos e critérios propostos nesta dissertação. Além disso, algumas propriedades do teste de integração de programas orientados a aspectos são discutidas teoricamente.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:06:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6398.pdf: 1432485 bytes, checksum: dbb2a36cf46b2e3c828fe5dd53dc5d1a (MD5) Previous issue date: 2014-10-20 / Financiadora de Estudos e Projetos / Context: The literature on software testing reports on the application of the Mutation Analysis criterion or mutation testing as a promising approach for revealing faults in aspect-oriented (AO) programs. However, it is widely known that this criterion is highly costly due to the large number of generated mutants and the effort required to identify equivalent mutants. We highlight that little existing research on mutation testing for AO programs focuses on cost reduction strategies. Objective: this work aims at investigating the cost reduction of mutation testing for AO programs. In particular, we intend to reduce the cost of mutation testing by identifying a reduced set of mutation operators that are capable of keeping the effectiveness in guaranteeing the quality of the designed test sets. Method: to achieve the goals, we applied an approach called Sufficient Procedure. Such approach yields sufficient (sets of) mutation operators. Test sets that are adequate with respect to mutants produced by sufficient operators are able to reveal the majority of faults simulated by a whole set of mutants. Results: by applying the Sufficient Procedure, we obtained substantial cost reductions for three groups of AO programs. The cost reduction in the experiments range from 52% to 62%. The final mutation scores yielded by the test sets that are adequate to mutants produced by the sufficient operators range from 92% to 94%. Conclusion: with the achieved results, we conclude that it is possible to reduce the cost of mutation testing applied to AO programs without significant losses with respect to the capacity of revealing prespecified fault types. The Sufficient Procedure has shown to be able to support cost reduction and to maintain the effectiveness of the criterion. / Contexto: A literatura de teste de software relata a aplicação do critério Análise de Mutantes ou teste de mutação em programas orientados a aspectos (OA) como uma forma promissora para revelar defeitos. Entretanto, esse critério é reconhecidamente de alto custo devido ao grande número de mutantes usualmente gerados e ao esforço para detectar os mutantes equivalentes. Ressalta-se que as iniciativas de aplicação de teste de mutação nesse contexto apresentam pouco enfoque em estratégias de redução de custo. Objetivo: este trabalho tem como objetivo investigar a redução de custo de teste de mutação para programas OA. Em específico, este trabalho objetiva reduzir o custo do teste de mutação por meio da identificação de um conjunto reduzido de operadores de mutação que mantenham a efetividade do critério em garantir a qualidade dos conjuntos de teste produzidos. Metodologia: para atingir o objetivo proposto, aplicou-se uma abordagem intitulada Procedimento Essencial, a qual resulta em conjuntos de operadores essenciais de mutação. Os testes adequados para os mutantes produzidos com esses operadores são capazes de revelar a maioria dos defeitos simulados em um conjunto completo de mutantes. Resultados: por meio da aplicação do Procedimento Essencial, foi possível obter reduções de custo substanciais para três conjuntos de programas OA. As reduções obtidas nos experimentos variam de 52% a 62%. Os escores de mutação finais alcançados pelos testes adequados aos mutantes produzidos com os operadores essenciais variam de 92% a 94%. Conclusão: com os resultados alcançados neste trabalho pode-se afirmar que é possível reduzir o custo do teste de mutação em programas OA sem perdas significativas na capacidade de revelar tipos de defeitos pré-definidos. O Procedimento Essencial mostrou-se eficaz na redução de custo e na manutenção da efetividade do critério.

Em meados dos anos 90, alguns pesquisadores constataram a existência de certos interesses que, independente da técnica de programação utilizada ou da maneira como o sistema venha a ser decomposto, não se encaixam em módulos individuais, mas ficam espalhados por várias unidades do software (também chamados de interesses transversais). A programação orientada a aspectos (POA) foi concebida como uma proposta de resolução desse problema, a partir do uso de mecanismos que permitem o isolamento dos interesses transversais. Entretanto, por ser uma técnica nova, nesses primeiros anos os pesquisadores preocuparam-se em estabelecer os conceitos e técnicas básicos das linguagens orientadas a aspectos, deixando para uma segunda fase a investigação de outras características do desenvolvimento de programas orientados a aspectos, como métodos de projeto e abordagens de teste. Nesta dissertação é apresentada uma abordagem de teste estrutural para programas orientados a aspectos baseados na linguagem AspectJ, que pode contribuir para o aumento da confiança no software desenvolvido utilizando essa técnica e auxiliar o entendimento das novas construções e comportamentos envolvidos nesses programas. Modelos de fluxo de controle e de dados baseados no código-objeto resultante da compilação/ combinação de programas escritos na linguagem AspectJ são propostos, bem como nove critérios de teste baseados nesses modelos. Uma ferramenta desenvolvida para apoiar o teste estrutural de unidade de programas Java foi estendida para dar apoio aos modelos e critérios propostos nesta dissertação. Além disso, algumas propriedades do teste de integração de programas orientados a aspectos são discutidas teoricamente.

Uma abordagem de teste estrutural de integração par-a-par para programas OO e OA escritos em Java e AspectJ é apresentada. A finalidade dessa abordagem é descobrir defeitos que possam existir na interface entre os pares de unidades que se relacionam em um programa. Para programas OO este tipo de teste envolve testar a interação entre os pares de métodos. Já para programas OA, o teste estrutural de integração par-a-par envolve testar a interação entre os seguintes pares de unidades: método-método, método-adendo, adendo-método e adendo-adendo. Para efetuar o teste estrutural de integração par-a-par deve-se considerar todo o fluxo de execução (fluxo de controle e de dados) que ocorre entre a unidade chamadora e a unidade chamada. Para isso é definido o grafo Def-Uso Par-a-Par (PWDU) que é uma abstração formada pela integração dos grafos Def-Uso Orientado a Aspectos (AODU) da unidade chamadora e da unidade chamada. Além disso, são propostos três critérios para derivar requisitos de teste para pares de unidades. Dentre eles, dois critérios são baseados em fluxo de controle: todos-nós-integrados e todas-arestas-integradas; e um critério é baseado em fluxo de dados: todos-usos-integrados. Uma ferramenta que apóia o teste estrutural de unidade de programas OO e OA escritos em Java e AspectJ, chamada JaBUTi/AJ, foi estendida para dar apoio à abordagem de teste de integração proposta. Exemplos de usos são discutidos para explicar a aplicação da abordagem / A pairwise integration structural testing approach for OO and AO programs implemented with Java and AspectJ is presented. The purpose of this approach is to find faults that may exist in the interface between the pairs of units that relate in a program. For OO programs this type of testing involves testing the interaction among pair of methods. For AO programs, the pairwise integration structural testing involves testing the interaction among the following pairs of units: method-method, method-advice, advice-method and advice-advice. To perform the pairwise integration structural testing, all the execution flow (control and data flow) that happens between the caller and the called unit must be considered. For this, it is defined the PairWise Def-Use graph (PWDU) that is an abstraction formed by the integration of the Aspect-Oriented Def-Use (AODU) graphs of the caller and called unit. Additionally, three new criteria to derive test requirements for pairs of units are proposed. Amongst them, two criteria are based on control flow: all-integrated-nodes and all-integrated-edges; and one criterion is based on data flow: all-integrated-uses. A tool that supports unit structural testing of OO and AO programs implemented with Java and AspectJ, called JaBUTi/AJ, was extended in order to support the proposed integration testing approach. Examples are discussed in order to explain the application of the approach

A Programação Orientada a Aspectos (POA) é uma técnica de desenvolvimento que apoia a separação de interesses transversais. Na POA, adendos são aplicados a pontos de junção do sistema por meio de uma construção especial chamada descritor de conjuntos de junção (ou simplesmente conjunto de junção). Esse mecanismo apoia a modularização de comportamentos transversais, entretanto, como as interações adicionadas não ficam explícitas no código-fonte, é difícil assegurar que estão corretas. Para lidar com esse problema, nesta tese é proposta uma abordagem rigorosa de teste estrutural de integração para programas orientados a aspectos. É definido um modelo de fluxo de controle e de dados baseado no bytecode Java chamado Grafo Def-Uso baseado em conjuntos de junção (ou PointCut-based Def-Use graph, PCDU) que modela as regiões de execução de um programa escrito em AspectJ que são afetadas por um conjunto de junção. Sobre este modelo são definidos três critérios de teste: todos-nós-baseados-em-conjunto-de-junção, todas-arestas-baseadas-em-conjunto-de-junção e todos-usos-baseados-em-conjunto-de-junção, que requerem a cobertura de todos os comandos, condicionais e pares def-uso no contexto de cada ponto de junção selecionado. Para automatizar o uso do modelo e critérios propostos, é implementada uma ferramenta chamada JaBUTi/PC-AJ. Além disso, para validar a abordagem proposta, são conduzidos estudos teóricos e experimentais que procuram avaliar os critérios tanto do ponto de vista do custo de aplicação quanto do ponto de vista da eficácia em encontrar defeitos. Os estudos oferecem indícios da aplicabilidade e da eficácia dos critérios para encontrar defeitos diretamente relacionados com a POA / Aspect-Oriented Programming (AOP) is a promising development technique that supports separation of crosscutting concerns. In AOP, advice is applied to join points in the system through a special construct called pointcut. This mechanism supports the modularization of crosscutting behavior; however, since the added interactions are not explicit in the source code, it is hard to ensure their correctness. To tackle this problem, this thesis proposes a rigorous structural testing approach for aspect-oriented programs. A control and data flow model based on Java bytecode the PointCut-based Def-Use Graph (PCDU) that models execution regions of a program affected by a pointcut is proposed. On top of this model three testing criteria are defined: all-pointcut-based-advice-nodes, all-pointcut-based-advice-edges, and all-pointcut-based-advice-uses, that require exercising all statements, branches and def-use pairs of each advice at the context of each affected join point. To automate the use of the proposed model and criteria, a tool named JaBUTi/PC-AJ is implemented. Moreover, to validate the proposed approach, both theoretical and experimental studies are presented. These studies provide evidence of the applicability and efficacy of the proposed criteria

A Programação Orientada a Aspectos (POA) é uma técnica de desenvolvimento que apoia a separação de interesses transversais. Na POA, adendos são aplicados a pontos de junção do sistema por meio de uma construção especial chamada descritor de conjuntos de junção (ou simplesmente conjunto de junção). Esse mecanismo apoia a modularização de comportamentos transversais, entretanto, como as interações adicionadas não ficam explícitas no código-fonte, é difícil assegurar que estão corretas. Para lidar com esse problema, nesta tese é proposta uma abordagem rigorosa de teste estrutural de integração para programas orientados a aspectos. É definido um modelo de fluxo de controle e de dados baseado no bytecode Java chamado Grafo Def-Uso baseado em conjuntos de junção (ou PointCut-based Def-Use graph, PCDU) que modela as regiões de execução de um programa escrito em AspectJ que são afetadas por um conjunto de junção. Sobre este modelo são definidos três critérios de teste: todos-nós-baseados-em-conjunto-de-junção, todas-arestas-baseadas-em-conjunto-de-junção e todos-usos-baseados-em-conjunto-de-junção, que requerem a cobertura de todos os comandos, condicionais e pares def-uso no contexto de cada ponto de junção selecionado. Para automatizar o uso do modelo e critérios propostos, é implementada uma ferramenta chamada JaBUTi/PC-AJ. Além disso, para validar a abordagem proposta, são conduzidos estudos teóricos e experimentais que procuram avaliar os critérios tanto do ponto de vista do custo de aplicação quanto do ponto de vista da eficácia em encontrar defeitos. Os estudos oferecem indícios da aplicabilidade e da eficácia dos critérios para encontrar defeitos diretamente relacionados com a POA / Aspect-Oriented Programming (AOP) is a promising development technique that supports separation of crosscutting concerns. In AOP, advice is applied to join points in the system through a special construct called pointcut. This mechanism supports the modularization of crosscutting behavior; however, since the added interactions are not explicit in the source code, it is hard to ensure their correctness. To tackle this problem, this thesis proposes a rigorous structural testing approach for aspect-oriented programs. A control and data flow model based on Java bytecode the PointCut-based Def-Use Graph (PCDU) that models execution regions of a program affected by a pointcut is proposed. On top of this model three testing criteria are defined: all-pointcut-based-advice-nodes, all-pointcut-based-advice-edges, and all-pointcut-based-advice-uses, that require exercising all statements, branches and def-use pairs of each advice at the context of each affected join point. To automate the use of the proposed model and criteria, a tool named JaBUTi/PC-AJ is implemented. Moreover, to validate the proposed approach, both theoretical and experimental studies are presented. These studies provide evidence of the applicability and efficacy of the proposed criteria

Uma abordagem de teste estrutural de integração par-a-par para programas OO e OA escritos em Java e AspectJ é apresentada. A finalidade dessa abordagem é descobrir defeitos que possam existir na interface entre os pares de unidades que se relacionam em um programa. Para programas OO este tipo de teste envolve testar a interação entre os pares de métodos. Já para programas OA, o teste estrutural de integração par-a-par envolve testar a interação entre os seguintes pares de unidades: método-método, método-adendo, adendo-método e adendo-adendo. Para efetuar o teste estrutural de integração par-a-par deve-se considerar todo o fluxo de execução (fluxo de controle e de dados) que ocorre entre a unidade chamadora e a unidade chamada. Para isso é definido o grafo Def-Uso Par-a-Par (PWDU) que é uma abstração formada pela integração dos grafos Def-Uso Orientado a Aspectos (AODU) da unidade chamadora e da unidade chamada. Além disso, são propostos três critérios para derivar requisitos de teste para pares de unidades. Dentre eles, dois critérios são baseados em fluxo de controle: todos-nós-integrados e todas-arestas-integradas; e um critério é baseado em fluxo de dados: todos-usos-integrados. Uma ferramenta que apóia o teste estrutural de unidade de programas OO e OA escritos em Java e AspectJ, chamada JaBUTi/AJ, foi estendida para dar apoio à abordagem de teste de integração proposta. Exemplos de usos são discutidos para explicar a aplicação da abordagem / A pairwise integration structural testing approach for OO and AO programs implemented with Java and AspectJ is presented. The purpose of this approach is to find faults that may exist in the interface between the pairs of units that relate in a program. For OO programs this type of testing involves testing the interaction among pair of methods. For AO programs, the pairwise integration structural testing involves testing the interaction among the following pairs of units: method-method, method-advice, advice-method and advice-advice. To perform the pairwise integration structural testing, all the execution flow (control and data flow) that happens between the caller and the called unit must be considered. For this, it is defined the PairWise Def-Use graph (PWDU) that is an abstraction formed by the integration of the Aspect-Oriented Def-Use (AODU) graphs of the caller and called unit. Additionally, three new criteria to derive test requirements for pairs of units are proposed. Amongst them, two criteria are based on control flow: all-integrated-nodes and all-integrated-edges; and one criterion is based on data flow: all-integrated-uses. A tool that supports unit structural testing of OO and AO programs implemented with Java and AspectJ, called JaBUTi/AJ, was extended in order to support the proposed integration testing approach. Examples are discussed in order to explain the application of the approach