The use of dependencies have been increasing in popularity over the past decade, especially as package managers such as JavaScript's npm has made getting these packages a simple command to run. However, while incidents such as the left-pad incident has increased awareness of how vulnerable relying on these packages are, there is still some work to be done when it comes to getting developers to take the extra research step to determine if a package is up to standards. Finding metrics of different packages and comparing them is always a difficult and time consuming task, especially since potential vulnerabilities are not the only metric to consider. For example, considering how popular and how actively maintained the package is also just as important. Therefore, we propose a visualization tool called DependencyVis that is specific to JavaScript projects and npm packages as a solution by analyzing a project's dependencies in order to help developers by looking up the many basic metrics that can address a dependency's popularity, activeness, and vulnerabilities such as the number of GitHub stars, forks, and issues as well as security advisory information from npm audit. This thesis then proposes many use cases for DependencyVis to help users compare dependencies by displaying the dependencies in a graph with metrics represented by aspects such as node color or node size.

The focus of this thesis is on the implementation, the evaluation and the useful application of the third dimension in software visualization. Software engineering is characterized by a complex interplay of different stakeholders that produce and use several artifacts. Software visualization is used as one mean to address this increasing complexity. It provides role- and task-specific views of artifacts that contain information about structure, behavior, and evolution of a software system in its entirety. The main potential of the third dimension is the possibility to provide multiple views in one software visualization for all three aspects. However, empirical findings concerning the role of the third dimension in software visualization are rare. Furthermore, there are only few 3D software visualizations that provide multiple views of a software system including all three aspects. Finally, the current tool support lacks of generating easy integrateable, scalable, and platform independent 2D, 2.5D, and 3D software visualizations automatically. Hence, the objective is to develop a software visualization that represents all important structural entities and relations of a software system, that can display behavioral and evolutionary aspects of a software system as well, and that can be generated automatically. In order to achieve this objective the following research methods are applied. A literature study is conducted, a software visualization generator is conceptualized and prototypically implemented, a structured approach to plan and design controlled experiments in software visualization is developed, and a controlled experiment is designed and performed to investigate the role of the third dimension in software visualization. The main contributions are an overview of the state-of-the-art in 3D software visualization, a structured approach including a theoretical model to control influence factors during controlled experiments in software visualization, an Eclipse-based generator for producing automatically role- and task-specific 2D, 2.5D, and 3D software visualizations, the controlled experiment investigating the role of the third dimension in software visualization, and the recursive disk metaphor combining the findings with focus on the structure of software including useful applications of the third dimension regarding behavior and evolution.

The focus of this thesis is on the implementation, the evaluation and the useful application of the third dimension in software visualization. Software engineering is characterized by a complex interplay of different stakeholders that produce and use several artifacts. Software visualization is used as one mean to address this increasing complexity. It provides role- and task-specific views of artifacts that contain information about structure, behavior, and evolution of a software system in its entirety. The main potential of the third dimension is the possibility to provide multiple views in one software visualization for all three aspects. However, empirical findings concerning the role of the third dimension in software visualization are rare. Furthermore, there are only few 3D software visualizations that provide multiple views of a software system including all three aspects. Finally, the current tool support lacks of generating easy integrateable, scalable, and platform independent 2D, 2.5D, and 3D software visualizations automatically. Hence, the objective is to develop a software visualization that represents all important structural entities and relations of a software system, that can display behavioral and evolutionary aspects of a software system as well, and that can be generated automatically. In order to achieve this objective the following research methods are applied. A literature study is conducted, a software visualization generator is conceptualized and prototypically implemented, a structured approach to plan and design controlled experiments in software visualization is developed, and a controlled experiment is designed and performed to investigate the role of the third dimension in software visualization. The main contributions are an overview of the state-of-the-art in 3D software visualization, a structured approach including a theoretical model to control influence factors during controlled experiments in software visualization, an Eclipse-based generator for producing automatically role- and task-specific 2D, 2.5D, and 3D software visualizations, the controlled experiment investigating the role of the third dimension in software visualization, and the recursive disk metaphor combining the findings with focus on the structure of software including useful applications of the third dimension regarding behavior and evolution.

Utiliser la visualization de logiciels pour accomplir certaines tâches comme la détection de défauts de design peut être fastidieux. Les utilisateurs doivent d’abord trouver et configurer un outil de visualization qui est adéquat pour représenter les données à examiner. Souvent, ils sont forcés de naviguer à travers le logiciel manuellement pour accomplir leur tâche. Nous proposons une approche plus simple et efficace. Celle ci s’éloigne de la configuration d’un outil et la navigation manuelle d’un système et se concentre sur la définition écrite de la tâche à accomplir. Suite à cela, notre assistant génère le meilleur outil de visualization et guide les utilisateurs à travers la tâche. Notre approche est constituée de trois éléments principaux, un langage dédié à la description de la tâche d’analyse. Un langage pour définir les visualizations comme des mises en oeuvre du patron modèle-vue-contrôleur. Et un processus de génération pour passer d’une tâche d’analyse à une visualization. En enlevant le besoin de configurer un outil de visualization et en guidant la navigation du système, nous pensons que nous avons fait un outil qui plus simple et rapide à utiliser que ses homologues. / Using software visualization to accomplish certain tasks such as design defect detection can prove tedious. Users first need to find and configure a visualization tool that is adequate for representing the data they want to examine. Then all too often, they are forced to manually navigate the software system in order to complete their task. What we propose is a simpler and more efficient approach that moves the emphasis from configuring a tool and manually navigating the system to writing a definition of the work we want to accomplish. Our goal-driven assistant then generates the best visualization tool and guide us through the navigation of the task. Our approach consists of three main components. The first component is a domain specific language (DSL) to describe analysis tasks. The second component is a language to define the visualizations as customized implementations of the model-view-controller (MVC) pattern. The last component is a generation process used to go from the analysis task to the visualization. By removing the need to configure a visualization tool and guiding the navigation of the system, we believe we made a tool that is simpler and faster to use than its conventional counterparts.

Ce travail s'inscrit dans le cadre des recherches menées autour de l'analyse et la visualisation des logiciels, notamment les logiciels à objets, et en particulier Java. Très brièvement, on peut dire que le but de cette thèse revient à tenter de répondre à une question fondamentale: comment faire pour faciliter la compréhension du logiciel par ses développeurs et concepteurs ? Ce travail de recherche est basé en grande partie sur deux axes principaux. Le premier consiste à analyser l'exécution des programmes, non seulement au niveau de la méthode, mais bien au niveau du bloc de base, pour recueillir des données d'exécutions avec un maximum de précision comme par exemple les différents types d'instances sur les sites d'appels. Le second axe considère l'utilisation des informations apportées par notre analyse dynamique de l'exécution pour permettre la visualisation de ces données. En effet, ces informations offrent des détails intéressants sur le fonctionnement du programme et aident à expliquer le comportement du logiciel, aussi bien pour déceler les problèmes de performance que les problèmes de codages. Nous proposons une technique souple et efficace qui effectue une analyse dynamique de l'exécution de programmes Java. Nous introduisons ainsi une nouvelle technique et un nouvel outil permettant de recueillir des informations encore non proposées par d'autres analyseurs. Cette approche trace l'exécution précise des programmes tout en ayant une baisse des performances d'exécution acceptable, laissant le programme final utilisable. De plus, nous proposons et expérimentons une approche basé sur la visualisation des relations au sein d'une représentation du logiciel par une métaphore de ville. Nous introduisons une nouvelle technique de représentation des relations nommée "3D HierarchicalEdge Bundles" qui est basée sur une représentation 2D existante nommée "HierarchicalEdge Bundles". Cette approche conserve la puissance de visualisation du logiciel offerte par la métaphore de la ville tout en ajoutant la représentation des relations, et cela d'une façon lisible. Ces travaux sont validés entre autres par le développement d'un outil d'analyse nommé VITRAIL JBInsTrace et d'un outil de visualisation nommé VITRAIL Visualizer. Ces outils sont la base de nos recherche actuelles sur l'étude de l'exécution des programmes objets / This work falls within the scope of research pertaining to the analysis and the visualization of software systems, especially for object oriented languages, and more precisely Java. In a nutshell, it can be said the aim of this thesis is to try to answer a fundamental question: what can we do to ease the understanding of software by its designers and developers ? This research work is mainly based on two axes. The first axis consists in analyzing software runtime, not only at method level, but also at basic bloc level, so as to be able to get meaningful and precise information about the runtime. For instance, we can acquire the different types of instances on call sites at runtime. The second axis considers the use of information coming from our dynamic analyzer of software runtime and allowing the visualization of these data. Indeed, this kind of information offers important details about software functioning and provide a way to explain the behavior of software, so as to identify performance, coding and even design and architecture issues. We propose a technique that allows flexible and efficient dynamic analysis of the execution of Java programs. We thus introduce a new technique and tool for gathering information not yet offered by other analyzers. This approach precisely traces the execution of programs with acceptable performance penalty, that is while keeping the traced programs usable. In addition, we propose and experiment an approach based on visualizing relationships within a software city representation. We introduce a new technique for representing relationships in 3D named the "3D Hierarchical Edge Bundles" that is based on an existing 2D technique, the "Hierarchical Edge Bundles". This approach keeps the power of the software city metaphor while adding the representation of the relationships within the software, in a readable way. These works are validated by, among others things, the development of a tracer and analyzer tool called VITRAIL JBInsTrace and a visualization tool called VITRAIL Visualizer. These tools are used on our current researches which consist in studying runtime of object-oriented programs

Software maintenance encompasses any changes made to a software system after its initial deployment and is thereby one of the key phases in the typical software-engineering lifecycle. In software maintenance, we primarily need to understand structural and behavioral aspects, which are difficult to obtain, e.g., by code reading. Software analysis is therefore a vital tool for maintaining these systems: It provides - the preferably automated - means to extract and evaluate information from their artifacts such as software structure, runtime behavior, and related processes. However, such analysis typically results in massive raw data, so that even experienced engineers face difficulties directly examining, assessing, and understanding these data. Among other things, they require tools with which to explore the data if no clear question can be formulated beforehand. For this, software analysis and visualization provide its users with powerful interactive means. These enable the automation of tasks and, particularly, the acquisition of valuable and actionable insights into the raw data. For instance, one means for exploring runtime behavior is trace visualization. This thesis aims at extending and improving the tool set for visual software analysis by concentrating on several open challenges in the fields of dynamic and static analysis of software systems. This work develops a series of concepts and tools for the exploratory visualization of the respective data to support users in finding and retrieving information on the system artifacts concerned. This is a difficult task, due to the lack of appropriate visualization metaphors; in particular, the visualization of complex runtime behavior poses various questions and challenges of both a technical and conceptual nature. This work focuses on a set of visualization techniques for visually representing control-flow related aspects of software traces from shared-memory software systems: A trace-visualization concept based on icicle plots aids in understanding both single-threaded as well as multi-threaded runtime behavior on the function level. The concept’s extensibility further allows the visualization and analysis of specific aspects of multi-threading such as synchronization, the correlation of such traces with data from static software analysis, and a comparison between traces. Moreover, complementary techniques for simultaneously analyzing system structures and the evolution of related attributes are proposed. These aim at facilitating long-term planning of software architecture and supporting management decisions in software projects by extensions to the circular-bundle-view technique: An extension to 3-dimensional space allows for the use of additional variables simultaneously; interaction techniques allow for the modification of structures in a visual manner. The concepts and techniques presented here are generic and, as such, can be applied beyond software analysis for the visualization of similarly structured data. The techniques' practicability is demonstrated by several qualitative studies using subject data from industry-scale software systems. The studies provide initial evidence that the techniques' application yields useful insights into the subject data and its interrelationships in several scenarios. / Die Softwarewartung umfasst alle Änderungen an einem Softwaresystem nach dessen initialer Bereitstellung und stellt damit eine der wesentlichen Phasen im typischen Softwarelebenszyklus dar. In der Softwarewartung müssen wir insbesondere strukturelle und verhaltensbezogene Aspekte verstehen, welche z.B. alleine durch Lesen von Quelltext schwer herzuleiten sind. Die Softwareanalyse ist daher ein unverzichtbares Werkzeug zur Wartung solcher Systeme: Sie bietet - vorzugsweise automatisierte - Mittel, um Informationen über deren Artefakte, wie Softwarestruktur, Laufzeitverhalten und verwandte Prozesse, zu extrahieren und zu evaluieren. Eine solche Analyse resultiert jedoch typischerweise in großen und größten Rohdaten, die selbst erfahrene Softwareingenieure direkt nur schwer untersuchen, bewerten und verstehen können. Unter Anderem dann, wenn vorab keine klare Frage formulierbar ist, benötigen sie Werkzeuge, um diese Daten zu erforschen. Hierfür bietet die Softwareanalyse und Visualisierung ihren Nutzern leistungsstarke, interaktive Mittel. Diese ermöglichen es Aufgaben zu automatisieren und insbesondere wertvolle und belastbare Einsichten aus den Rohdaten zu erlangen. Beispielsweise ist die Visualisierung von Software-Traces ein Mittel, um das Laufzeitverhalten eines Systems zu ergründen. Diese Arbeit zielt darauf ab, den "Werkzeugkasten" der visuellen Softwareanalyse zu erweitern und zu verbessern, indem sie sich auf bestimmte, offene Herausforderungen in den Bereichen der dynamischen und statischen Analyse von Softwaresystemen konzentriert. Die Arbeit entwickelt eine Reihe von Konzepten und Werkzeugen für die explorative Visualisierung der entsprechenden Daten, um Nutzer darin zu unterstützen, Informationen über betroffene Systemartefakte zu lokalisieren und zu verstehen. Da es insbesondere an geeigneten Visualisierungsmetaphern mangelt, ist dies eine schwierige Aufgabe. Es bestehen, insbesondere bei komplexen Softwaresystemen, verschiedenste offene technische sowie konzeptionelle Fragestellungen und Herausforderungen. Diese Arbeit konzentriert sich auf Techniken zur visuellen Darstellung kontrollflussbezogener Aspekte aus Software-Traces von Shared-Memory Softwaresystemen: Ein Trace-Visualisierungskonzept, basierend auf Icicle Plots, unterstützt das Verstehen von single- und multi-threaded Laufzeitverhalten auf Funktionsebene. Die Erweiterbarkeit des Konzepts ermöglicht es zudem spezifische Aspekte des Multi-Threading, wie Synchronisation, zu visualisieren und zu analysieren, derartige Traces mit Daten aus der statischen Softwareanalyse zu korrelieren sowie Traces mit einander zu vergleichen. Darüber hinaus werden komplementäre Techniken für die kombinierte Analyse von Systemstrukturen und der Evolution zugehöriger Eigenschaften vorgestellt. Diese zielen darauf ab, die Langzeitplanung von Softwarearchitekturen und Management-Entscheidungen in Softwareprojekten mittels Erweiterungen an der Circular-Bundle-View-Technik zu unterstützen: Eine Erweiterung auf den 3-dimensionalen Raum ermöglicht es zusätzliche visuelle Variablen zu nutzen; Strukturen können mithilfe von Interaktionstechniken visuell bearbeitet werden. Die gezeigten Techniken und Konzepte sind allgemein verwendbar und lassen sich daher auch jenseits der Softwareanalyse einsetzen, um ähnlich strukturierte Daten zu visualisieren. Mehrere qualitative Studien an Softwaresystemen in industriellem Maßstab stellen die Praktikabilität der Techniken dar. Die Ergebnisse sind erste Belege dafür, dass die Anwendung der Techniken in verschiedenen Szenarien nützliche Einsichten in die untersuchten Daten und deren Zusammenhänge liefert.

Os frameworks orientado a objetos oferecem um grande potencial para aumentar a produtividade e a qualidade no desenvolvimento de software. Um framework e uma infra-estrutura ou esqueleto de uma família de aplicações pertencentes a um domínio determinado. Basicamente, aplicações especificas são construídas especializando as classes do framework para fornecer a implementação de alguns métodos, enquanto a maior parte da funcionalidade da aplicação e herdada. Esta característica permite a reutilização tanto do código quanto o projeto das aplicações do domínio, o qual representa um beneficio muito significativo a respeito de outras tecnologias de reutilização. Entretanto, começar a utilizar um framework para construir aplicações especificas e complicado para um usuário que não seja o projetista do framework. Compreender um framework é frequentemente muito mais difícil que compreender bibliotecas de componentes que podem ser reutilizados independentemente. Neste caso, e suficiente compreender sua interface externa. No caso dos frameworks, para aproveitar ao Máximo as possibilidades de reutilização que oferece, e necessário compreender o projeto interno de suas classes, como essas classes colaboram entre si, bem como a forma na qual instancias dessas classes colaboram em tempo de execução. Compreender estes aspectos uma tarefa reconhecidamente complexa e demorada, sendo este e um dos fatores mais limitantes da tecnologia para ser de utilidade efetiva na produção de software. Neste trabalho, apresenta-se uma abordagem reflexiva para a construção de ferramentas de apoio a compreensão de frameworks. Esta abordagem e suportada por Luthier, um framework projetado, e implementado em Smalltalk-80, para a construção de ferramentas de analise dinâmica e visualização de programas orientados a objetos. Luthier introduz três contribuições importantes: Utilização de técnicas de reflexão computacional baseadas no conceito de gerenciadores de meta-objetos, o qual suporta a implementação de metaarquiteturas de meta-objetos especializadas para a análise de aplicações. Controle interativo do grau de detalhe das visualizações (zoom semântico) através do suporte explícito de escalas de abstração. As escalas de abstração são controladas por objetos denominados abstratores. Um abstrator permite encapsular em objetos específicos algoritmos de derivação de abstracões, filtragem e seleção de informação, bem como o controle do nível de detalhe mostrado pelas visualizações. Esta separação de funcionalidade permite implementar complexas funcionalidades de análise de programas, sem a necessidade de modificar as classes que implementam visualizações ou a representação da informação. Suporte de uma estratégia de análise orientada pela visualização da arquitetura. Esta abordagem divide o processo de compreensão em duas fases iterativa: 1) compreensão dos principais aspectos estruturais do framework a partir de da recuperação e visualização da arquitetura,; 2) análise detalhada do comportamento de instâncias envolvidas em pontos específicos da arquitetura, os quais são selecionados pelo usuário a partir da visualização arquitetônica. Luthier fornece suporte flexível para construção de ferramentas de visualização dinamicamente adaptáveis para diferentes funcionalidades de análise, através de quatro subframeworks: LuthierMOPs. o qual fornece o suporte adaptável de meta-objetos para captura de informação das aplicações analisadas; LuthierBooks que fornece suporte genérico de gerenciamento de hiperdocumentos para a representação da informação capturada e gerenciamento de livros persistentes de projeto; LuthierAbstractors, que prove suporte genérico para a derivação de abstrações da informação coletada e escalas de abstração dinamicamente variáveis; e LuthierViews, extensão do framework MVC para a construção de visualizações da informação coletada, com capacidades de manipulação direta e zooming utilizando visualizações alternativas, as quais podem ser dinamicamente selecionadas pelo usuário. Com o suporte fornecido por Luthier, uma ferramenta, especialmente projetada para apoiar a compreensão de frameworks a partir da analise de exemplos, foi desenvolvida. Esta ferramenta fornece um conjunto de visualizações estruturais, com capacidade de animação de fluxo de controle do framework, bem como visualizações alternativas de subsistemas e padrões de projeto. Estas abstrações são reconhecidas através da análise da informação coletada dos exemplos analisados. Através das visualizações providas, o usuário pode explorar um dado framework através de mecanismos de navegação entre diferentes representações visuais, bem como filtragem e consulta acerca de informação relevante a ser visualizada. Este mecanismos são integrados com mecanismos de zoom semântico que habilitam a visualização da informação em diferentes níveis de abstração. Através da representação de hiperdocumento, a ferramenta suporta a construção manual, bem como a geração automática em alguns casos, de livros persistentes de documentação, com capacidade de edição, de importação de diagramas produzidos pelas visualizações, e de navegação sobre diferentes livros e o código fonte do framework. Esta características habilita a geração de documentação durante o processo de compreensão, facilidade não disponível, habitualmente, nas ferramentas de compreensão desenvolvidas até hoje. A capacidade de Luthier para a construção de ferramentas foi testada com a construção de outras ferramentas, como por exemplo, depuradores visuais e de coleta de métricas. A viabilidade e eficácia da abordagem foi testada através de experimentos, os quais mostraram que grupos utilizando a ferramenta de apoio produziram aplicações com maior nível de reutilização do framework que grupos de usuários não utilizando a ferramenta. / Object-oriented frameworks are a powerful reuse technique for building applications in a given domain. A framework works as a template or skeleton for building applications, being composed of a set of classes abstracting the general characteristics of an application domain. Building a specific application requires the specialization of some classes that provide the implementation of methods that will complete the necessary behaviour, while the global control structure is given by the framework. Frameworks offer a great potential to increase the productivity and quality in software development. However, starting to use a framework to build a specific application is complicated for any user other than a framework designer. Understanding a framework is frequently much harder than understanding libraries of components that can be reused independently. To adequately reuse isolated classes of a class library, it is sufficient to understand their external interface. In case of a framework, in contrast, to take full advantage of the services provided, it is necessary to understand the way its classes collaborate, as well as the internal design of some of them. These classes code the complex behaviour of a network of instances dynamically created. Therefore, it is often needed not only to understand how the classes are organized in static inheritance hierarchies, but also how instances collaborate at runtime. This work presents a reflective approach for the construction of tools for framework comprehension. This approach is supported by Luthier, a framework designed, and implemented in Smalltalk-80, which provides a flexible support for building tools for the dynamic analysis and visualization of object-oriented programs. Luthier introduces three important contributions: The use of computational reflection techniques, based on the concept of meta-object managers, which support the implementation of specialized meta-object-based metaarchitectures for the dynamic analysis of applications Support for building visualizations with different levels of abstraction under interactive control of the user (semantic zoom) through the explicit support of abstraction scales. Abstraction scales are controlled by objects called abstractors, which allow the encapsulation, in specific objects, of algorithms for abstraction derivation, filtering and information selection, as well as the interactive control of the detail level to be shown by visualizations. This separation of concerns enables the implementation of complex program analysis functionalities without the need of modifying classes implementing visualizations or information representation. Support for an architecture-driven analysis strategy. This approach divides the understanding process in two iterative phases: I) comprehension of the global structural and behavioural aspects of the framework from the recovery and visualization of its architecture.; 2) detailed analysis of specific instances involved in particular points of the architecture, selected by the user form the architectural view. Luthier provides a flexible support for the construction of visualization tools dynamically adaptable to different analysis functionalities through four sub-frameworks: LuthierMOPs, which provides an adaptable support of meta-objects for information gathering from the analyzed applications; LuthierBooks, which provides generic support for hyperdocument management to represent captured information and management of persistent design books: LuthierAbstractors, which provides generic support for the derivation of abstractions and dynamically variable abstraction-scales: and LuthierViews. extension of the MVC framework for the construction visualizations of the captured information, with capabilities of direct manipulation and zooming using alternative visualizations, dynamically selected by the user. With the support provided by Luthier a tool, specially designed to support framework comprehension from analysis of examples, was developed. This tool provides a set of structural visualizations with control-flow animation capabilities, as well as alternative visualizations of subsystems and design patterns, recognized through the analysis of information gathered from examples. Through these visualizations the user can explore a given framework by using mechanisms for navigating among different visual representations, as well as information filtering and queries about relevant information to be visualized. These functionalities are fully integrated with semantic zoom mechanisms that enable information visualization at different levels of abstraction. With the hyperdocument support, the tool allows for manual construction, as well as automatic generation in some cases, of persistent documentation books. These books offers editing capabilities, importation of diagrams from visualizations, as well as navigation through different books and through the source code of the analyzed framework.. These characteristics allows the support of additional documentation generation during the comprehension process, facility which is not normally available in current understanding tools. The capabilities for tool construction supported by Luthier were tested through the development of different tools, such as, visual debuggers and metrics collectors. The viability of the approach was tested through experiments. These experiments suggest that users using the understanding tool produce applications with a greater re-use level than groups of users not using it.

Os frameworks orientado a objetos oferecem um grande potencial para aumentar a produtividade e a qualidade no desenvolvimento de software. Um framework e uma infra-estrutura ou esqueleto de uma família de aplicações pertencentes a um domínio determinado. Basicamente, aplicações especificas são construídas especializando as classes do framework para fornecer a implementação de alguns métodos, enquanto a maior parte da funcionalidade da aplicação e herdada. Esta característica permite a reutilização tanto do código quanto o projeto das aplicações do domínio, o qual representa um beneficio muito significativo a respeito de outras tecnologias de reutilização. Entretanto, começar a utilizar um framework para construir aplicações especificas e complicado para um usuário que não seja o projetista do framework. Compreender um framework é frequentemente muito mais difícil que compreender bibliotecas de componentes que podem ser reutilizados independentemente. Neste caso, e suficiente compreender sua interface externa. No caso dos frameworks, para aproveitar ao Máximo as possibilidades de reutilização que oferece, e necessário compreender o projeto interno de suas classes, como essas classes colaboram entre si, bem como a forma na qual instancias dessas classes colaboram em tempo de execução. Compreender estes aspectos uma tarefa reconhecidamente complexa e demorada, sendo este e um dos fatores mais limitantes da tecnologia para ser de utilidade efetiva na produção de software. Neste trabalho, apresenta-se uma abordagem reflexiva para a construção de ferramentas de apoio a compreensão de frameworks. Esta abordagem e suportada por Luthier, um framework projetado, e implementado em Smalltalk-80, para a construção de ferramentas de analise dinâmica e visualização de programas orientados a objetos. Luthier introduz três contribuições importantes: Utilização de técnicas de reflexão computacional baseadas no conceito de gerenciadores de meta-objetos, o qual suporta a implementação de metaarquiteturas de meta-objetos especializadas para a análise de aplicações. Controle interativo do grau de detalhe das visualizações (zoom semântico) através do suporte explícito de escalas de abstração. As escalas de abstração são controladas por objetos denominados abstratores. Um abstrator permite encapsular em objetos específicos algoritmos de derivação de abstracões, filtragem e seleção de informação, bem como o controle do nível de detalhe mostrado pelas visualizações. Esta separação de funcionalidade permite implementar complexas funcionalidades de análise de programas, sem a necessidade de modificar as classes que implementam visualizações ou a representação da informação. Suporte de uma estratégia de análise orientada pela visualização da arquitetura. Esta abordagem divide o processo de compreensão em duas fases iterativa: 1) compreensão dos principais aspectos estruturais do framework a partir de da recuperação e visualização da arquitetura,; 2) análise detalhada do comportamento de instâncias envolvidas em pontos específicos da arquitetura, os quais são selecionados pelo usuário a partir da visualização arquitetônica. Luthier fornece suporte flexível para construção de ferramentas de visualização dinamicamente adaptáveis para diferentes funcionalidades de análise, através de quatro subframeworks: LuthierMOPs. o qual fornece o suporte adaptável de meta-objetos para captura de informação das aplicações analisadas; LuthierBooks que fornece suporte genérico de gerenciamento de hiperdocumentos para a representação da informação capturada e gerenciamento de livros persistentes de projeto; LuthierAbstractors, que prove suporte genérico para a derivação de abstrações da informação coletada e escalas de abstração dinamicamente variáveis; e LuthierViews, extensão do framework MVC para a construção de visualizações da informação coletada, com capacidades de manipulação direta e zooming utilizando visualizações alternativas, as quais podem ser dinamicamente selecionadas pelo usuário. Com o suporte fornecido por Luthier, uma ferramenta, especialmente projetada para apoiar a compreensão de frameworks a partir da analise de exemplos, foi desenvolvida. Esta ferramenta fornece um conjunto de visualizações estruturais, com capacidade de animação de fluxo de controle do framework, bem como visualizações alternativas de subsistemas e padrões de projeto. Estas abstrações são reconhecidas através da análise da informação coletada dos exemplos analisados. Através das visualizações providas, o usuário pode explorar um dado framework através de mecanismos de navegação entre diferentes representações visuais, bem como filtragem e consulta acerca de informação relevante a ser visualizada. Este mecanismos são integrados com mecanismos de zoom semântico que habilitam a visualização da informação em diferentes níveis de abstração. Através da representação de hiperdocumento, a ferramenta suporta a construção manual, bem como a geração automática em alguns casos, de livros persistentes de documentação, com capacidade de edição, de importação de diagramas produzidos pelas visualizações, e de navegação sobre diferentes livros e o código fonte do framework. Esta características habilita a geração de documentação durante o processo de compreensão, facilidade não disponível, habitualmente, nas ferramentas de compreensão desenvolvidas até hoje. A capacidade de Luthier para a construção de ferramentas foi testada com a construção de outras ferramentas, como por exemplo, depuradores visuais e de coleta de métricas. A viabilidade e eficácia da abordagem foi testada através de experimentos, os quais mostraram que grupos utilizando a ferramenta de apoio produziram aplicações com maior nível de reutilização do framework que grupos de usuários não utilizando a ferramenta. / Object-oriented frameworks are a powerful reuse technique for building applications in a given domain. A framework works as a template or skeleton for building applications, being composed of a set of classes abstracting the general characteristics of an application domain. Building a specific application requires the specialization of some classes that provide the implementation of methods that will complete the necessary behaviour, while the global control structure is given by the framework. Frameworks offer a great potential to increase the productivity and quality in software development. However, starting to use a framework to build a specific application is complicated for any user other than a framework designer. Understanding a framework is frequently much harder than understanding libraries of components that can be reused independently. To adequately reuse isolated classes of a class library, it is sufficient to understand their external interface. In case of a framework, in contrast, to take full advantage of the services provided, it is necessary to understand the way its classes collaborate, as well as the internal design of some of them. These classes code the complex behaviour of a network of instances dynamically created. Therefore, it is often needed not only to understand how the classes are organized in static inheritance hierarchies, but also how instances collaborate at runtime. This work presents a reflective approach for the construction of tools for framework comprehension. This approach is supported by Luthier, a framework designed, and implemented in Smalltalk-80, which provides a flexible support for building tools for the dynamic analysis and visualization of object-oriented programs. Luthier introduces three important contributions: The use of computational reflection techniques, based on the concept of meta-object managers, which support the implementation of specialized meta-object-based metaarchitectures for the dynamic analysis of applications Support for building visualizations with different levels of abstraction under interactive control of the user (semantic zoom) through the explicit support of abstraction scales. Abstraction scales are controlled by objects called abstractors, which allow the encapsulation, in specific objects, of algorithms for abstraction derivation, filtering and information selection, as well as the interactive control of the detail level to be shown by visualizations. This separation of concerns enables the implementation of complex program analysis functionalities without the need of modifying classes implementing visualizations or information representation. Support for an architecture-driven analysis strategy. This approach divides the understanding process in two iterative phases: I) comprehension of the global structural and behavioural aspects of the framework from the recovery and visualization of its architecture.; 2) detailed analysis of specific instances involved in particular points of the architecture, selected by the user form the architectural view. Luthier provides a flexible support for the construction of visualization tools dynamically adaptable to different analysis functionalities through four sub-frameworks: LuthierMOPs, which provides an adaptable support of meta-objects for information gathering from the analyzed applications; LuthierBooks, which provides generic support for hyperdocument management to represent captured information and management of persistent design books: LuthierAbstractors, which provides generic support for the derivation of abstractions and dynamically variable abstraction-scales: and LuthierViews. extension of the MVC framework for the construction visualizations of the captured information, with capabilities of direct manipulation and zooming using alternative visualizations, dynamically selected by the user. With the support provided by Luthier a tool, specially designed to support framework comprehension from analysis of examples, was developed. This tool provides a set of structural visualizations with control-flow animation capabilities, as well as alternative visualizations of subsystems and design patterns, recognized through the analysis of information gathered from examples. Through these visualizations the user can explore a given framework by using mechanisms for navigating among different visual representations, as well as information filtering and queries about relevant information to be visualized. These functionalities are fully integrated with semantic zoom mechanisms that enable information visualization at different levels of abstraction. With the hyperdocument support, the tool allows for manual construction, as well as automatic generation in some cases, of persistent documentation books. These books offers editing capabilities, importation of diagrams from visualizations, as well as navigation through different books and through the source code of the analyzed framework.. These characteristics allows the support of additional documentation generation during the comprehension process, facility which is not normally available in current understanding tools. The capabilities for tool construction supported by Luthier were tested through the development of different tools, such as, visual debuggers and metrics collectors. The viability of the approach was tested through experiments. These experiments suggest that users using the understanding tool produce applications with a greater re-use level than groups of users not using it.

Os frameworks orientado a objetos oferecem um grande potencial para aumentar a produtividade e a qualidade no desenvolvimento de software. Um framework e uma infra-estrutura ou esqueleto de uma família de aplicações pertencentes a um domínio determinado. Basicamente, aplicações especificas são construídas especializando as classes do framework para fornecer a implementação de alguns métodos, enquanto a maior parte da funcionalidade da aplicação e herdada. Esta característica permite a reutilização tanto do código quanto o projeto das aplicações do domínio, o qual representa um beneficio muito significativo a respeito de outras tecnologias de reutilização. Entretanto, começar a utilizar um framework para construir aplicações especificas e complicado para um usuário que não seja o projetista do framework. Compreender um framework é frequentemente muito mais difícil que compreender bibliotecas de componentes que podem ser reutilizados independentemente. Neste caso, e suficiente compreender sua interface externa. No caso dos frameworks, para aproveitar ao Máximo as possibilidades de reutilização que oferece, e necessário compreender o projeto interno de suas classes, como essas classes colaboram entre si, bem como a forma na qual instancias dessas classes colaboram em tempo de execução. Compreender estes aspectos uma tarefa reconhecidamente complexa e demorada, sendo este e um dos fatores mais limitantes da tecnologia para ser de utilidade efetiva na produção de software. Neste trabalho, apresenta-se uma abordagem reflexiva para a construção de ferramentas de apoio a compreensão de frameworks. Esta abordagem e suportada por Luthier, um framework projetado, e implementado em Smalltalk-80, para a construção de ferramentas de analise dinâmica e visualização de programas orientados a objetos. Luthier introduz três contribuições importantes: Utilização de técnicas de reflexão computacional baseadas no conceito de gerenciadores de meta-objetos, o qual suporta a implementação de metaarquiteturas de meta-objetos especializadas para a análise de aplicações. Controle interativo do grau de detalhe das visualizações (zoom semântico) através do suporte explícito de escalas de abstração. As escalas de abstração são controladas por objetos denominados abstratores. Um abstrator permite encapsular em objetos específicos algoritmos de derivação de abstracões, filtragem e seleção de informação, bem como o controle do nível de detalhe mostrado pelas visualizações. Esta separação de funcionalidade permite implementar complexas funcionalidades de análise de programas, sem a necessidade de modificar as classes que implementam visualizações ou a representação da informação. Suporte de uma estratégia de análise orientada pela visualização da arquitetura. Esta abordagem divide o processo de compreensão em duas fases iterativa: 1) compreensão dos principais aspectos estruturais do framework a partir de da recuperação e visualização da arquitetura,; 2) análise detalhada do comportamento de instâncias envolvidas em pontos específicos da arquitetura, os quais são selecionados pelo usuário a partir da visualização arquitetônica. Luthier fornece suporte flexível para construção de ferramentas de visualização dinamicamente adaptáveis para diferentes funcionalidades de análise, através de quatro subframeworks: LuthierMOPs. o qual fornece o suporte adaptável de meta-objetos para captura de informação das aplicações analisadas; LuthierBooks que fornece suporte genérico de gerenciamento de hiperdocumentos para a representação da informação capturada e gerenciamento de livros persistentes de projeto; LuthierAbstractors, que prove suporte genérico para a derivação de abstrações da informação coletada e escalas de abstração dinamicamente variáveis; e LuthierViews, extensão do framework MVC para a construção de visualizações da informação coletada, com capacidades de manipulação direta e zooming utilizando visualizações alternativas, as quais podem ser dinamicamente selecionadas pelo usuário. Com o suporte fornecido por Luthier, uma ferramenta, especialmente projetada para apoiar a compreensão de frameworks a partir da analise de exemplos, foi desenvolvida. Esta ferramenta fornece um conjunto de visualizações estruturais, com capacidade de animação de fluxo de controle do framework, bem como visualizações alternativas de subsistemas e padrões de projeto. Estas abstrações são reconhecidas através da análise da informação coletada dos exemplos analisados. Através das visualizações providas, o usuário pode explorar um dado framework através de mecanismos de navegação entre diferentes representações visuais, bem como filtragem e consulta acerca de informação relevante a ser visualizada. Este mecanismos são integrados com mecanismos de zoom semântico que habilitam a visualização da informação em diferentes níveis de abstração. Através da representação de hiperdocumento, a ferramenta suporta a construção manual, bem como a geração automática em alguns casos, de livros persistentes de documentação, com capacidade de edição, de importação de diagramas produzidos pelas visualizações, e de navegação sobre diferentes livros e o código fonte do framework. Esta características habilita a geração de documentação durante o processo de compreensão, facilidade não disponível, habitualmente, nas ferramentas de compreensão desenvolvidas até hoje. A capacidade de Luthier para a construção de ferramentas foi testada com a construção de outras ferramentas, como por exemplo, depuradores visuais e de coleta de métricas. A viabilidade e eficácia da abordagem foi testada através de experimentos, os quais mostraram que grupos utilizando a ferramenta de apoio produziram aplicações com maior nível de reutilização do framework que grupos de usuários não utilizando a ferramenta. / Object-oriented frameworks are a powerful reuse technique for building applications in a given domain. A framework works as a template or skeleton for building applications, being composed of a set of classes abstracting the general characteristics of an application domain. Building a specific application requires the specialization of some classes that provide the implementation of methods that will complete the necessary behaviour, while the global control structure is given by the framework. Frameworks offer a great potential to increase the productivity and quality in software development. However, starting to use a framework to build a specific application is complicated for any user other than a framework designer. Understanding a framework is frequently much harder than understanding libraries of components that can be reused independently. To adequately reuse isolated classes of a class library, it is sufficient to understand their external interface. In case of a framework, in contrast, to take full advantage of the services provided, it is necessary to understand the way its classes collaborate, as well as the internal design of some of them. These classes code the complex behaviour of a network of instances dynamically created. Therefore, it is often needed not only to understand how the classes are organized in static inheritance hierarchies, but also how instances collaborate at runtime. This work presents a reflective approach for the construction of tools for framework comprehension. This approach is supported by Luthier, a framework designed, and implemented in Smalltalk-80, which provides a flexible support for building tools for the dynamic analysis and visualization of object-oriented programs. Luthier introduces three important contributions: The use of computational reflection techniques, based on the concept of meta-object managers, which support the implementation of specialized meta-object-based metaarchitectures for the dynamic analysis of applications Support for building visualizations with different levels of abstraction under interactive control of the user (semantic zoom) through the explicit support of abstraction scales. Abstraction scales are controlled by objects called abstractors, which allow the encapsulation, in specific objects, of algorithms for abstraction derivation, filtering and information selection, as well as the interactive control of the detail level to be shown by visualizations. This separation of concerns enables the implementation of complex program analysis functionalities without the need of modifying classes implementing visualizations or information representation. Support for an architecture-driven analysis strategy. This approach divides the understanding process in two iterative phases: I) comprehension of the global structural and behavioural aspects of the framework from the recovery and visualization of its architecture.; 2) detailed analysis of specific instances involved in particular points of the architecture, selected by the user form the architectural view. Luthier provides a flexible support for the construction of visualization tools dynamically adaptable to different analysis functionalities through four sub-frameworks: LuthierMOPs, which provides an adaptable support of meta-objects for information gathering from the analyzed applications; LuthierBooks, which provides generic support for hyperdocument management to represent captured information and management of persistent design books: LuthierAbstractors, which provides generic support for the derivation of abstractions and dynamically variable abstraction-scales: and LuthierViews. extension of the MVC framework for the construction visualizations of the captured information, with capabilities of direct manipulation and zooming using alternative visualizations, dynamically selected by the user. With the support provided by Luthier a tool, specially designed to support framework comprehension from analysis of examples, was developed. This tool provides a set of structural visualizations with control-flow animation capabilities, as well as alternative visualizations of subsystems and design patterns, recognized through the analysis of information gathered from examples. Through these visualizations the user can explore a given framework by using mechanisms for navigating among different visual representations, as well as information filtering and queries about relevant information to be visualized. These functionalities are fully integrated with semantic zoom mechanisms that enable information visualization at different levels of abstraction. With the hyperdocument support, the tool allows for manual construction, as well as automatic generation in some cases, of persistent documentation books. These books offers editing capabilities, importation of diagrams from visualizations, as well as navigation through different books and through the source code of the analyzed framework.. These characteristics allows the support of additional documentation generation during the comprehension process, facility which is not normally available in current understanding tools. The capabilities for tool construction supported by Luthier were tested through the development of different tools, such as, visual debuggers and metrics collectors. The viability of the approach was tested through experiments. These experiments suggest that users using the understanding tool produce applications with a greater re-use level than groups of users not using it.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-11T14:23:04Z No. of bitstreams: 1 weineresmeriobatistadeoliveira.pdf: 1837068 bytes, checksum: 00992cd2cbc30abda6ffe4b76d1c6941 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-23T13:41:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 weineresmeriobatistadeoliveira.pdf: 1837068 bytes, checksum: 00992cd2cbc30abda6ffe4b76d1c6941 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T13:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 weineresmeriobatistadeoliveira.pdf: 1837068 bytes, checksum: 00992cd2cbc30abda6ffe4b76d1c6941 (MD5) Previous issue date: 2017-09-01 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A proveniência é reconhecida hoje como um desafio central para estabelecer confiabilidade e prover segurança em sistemas computacionais. Em workflows científicos, a proveniência é considerada essencial para apoiar a reprodutibilidade dos experimentos, a interpretação dos resultados e o diagnóstico de problemas. Estes benefícios podem também ser utilizados em outros contextos, como, por exemplo, em processos de software. No entanto, para sua melhor compreensão e utilização, são necessários mecanismos eficientes e amigáveis. Pesquisas em visualização de software, ontologias e redes complexas podem ajudar neste processo, gerando novo conhecimento sobre os dados e informações estratégicas para tomada de decisão. Esta dissertação apresenta um framework chamado Visionary, para auxiliar na compreensão e uso dos dados de proveniência através de técnicas de visualização de software, ontologias e análise de redes complexas. O framework captura os dados de proveniência e gera novas informações usando ontologias e análise do grafo de proveniência. A visualização apresenta e destaca as inferências e os resultados obtidos com a análise. O Visionary é um framework livre de contexto que pode ser adaptado para qualquer sistema que utiliza o modelo PROV de proveniência. Com o objetivo de avaliar a proposta, foi realizado um estudo experimental que encontrou indícios que o framework auxilia na compreensão e análise dos dados de proveniência, dando suporte à tomada de decisão. / Provenance is recognized today as a central challenge to establish reliability and pro-vide security in computational systems. In scientific workflows, provenance is considered essential to support the reproducibility of experiments, interpretation of results and diagnosis of problems. We consider that these benefits can be used in new contexts, like software process. However, for a better understanding and use, efficient and friendly mechanisms are needed. Software visualization, ontology, and complex networks can help in this process by generating new data insights and strategic information for decision making. This dissertation presents a framework named Visionary, to assist in the understanding and use of provenance data through software visualization techniques, ontologies and analysis of complex networks. The framework captures the provenance data and generates new information using ontologies and analysis of provenance graph. The visualization presents and highlights the inferences and the results obtained with the analysis. Visionary is a context-free framework that can be adapted to any system that uses the PROV provenance model. In order to evaluate the proposal, an experimental study was carried out, which found indications that the framework assists in the understanding and analysis of provenance data, supporting decision making.