Static analysis of unbounded structures in object-oriented programs

In this thesis we investigate different techniques and formalisms to address complexity introduced by unbounded structures in object-oriented programs. We give a representation of a weakest precondition calculus for abstract object creation in dynamic logic. Based on this calculus we define symbolic execution including abstract object creation. We investigate the complex behaviour introduced by multi-threading and give a formalism based on the transformation of multi-threaded reentrant call-graphs to thread automata and the application of context free language reachability to decide deadlock freedom of such programs. We give a formalisation of the observable interface behaviour of a concurrent, object-oriented language with futures and promises. The calculus captures the core of the Creol language and allows for a comparison with the concurrency model of thread-based, object-oriented languages like Java or C#. We give a technique to detect deadlock freedom for an Actor-like subset of the Creol language. LEI Universiteit LeidenThe work in this thesis has been carried out at the Christian-Albrechts--Universität zu Kiel, the Centrum Wiskunde & Informatica (CWI), and the Universiteit Leiden. The research was partially funded by the EU-project IST- 33826 Credo: Modeling and analysis of evolutionary structures for distributed services; the EU-project FP7-231620 HATS: Highly Adaptable and Trustworthy Software using Formal Methods; and the German-Norwegian DAAD-NWO exchange project Avabi (Automated validation for behavioral interfaces of asynchronous active objects).Algorithms and the Foundations of Software technolog

An approach to compositional reasoning about concurrent objects and futures

Distributed and concurrent object-oriented systems are difficult to analyze due to the complexity of their concurrency, communication, and synchronization mechanisms. Rather than performing analysis at the code level of mainstream objectoriented languages such as Java and C++, we consider an imperative, objectoriented language with a simpler concurrency model. This language, based on concurrent objects communicating by asynchronous method calls and futures, avoids some difficulties of mainstream object-oriented programming languages related to compositionality and aliasing. In particular, reasoning about futures is handled by means of histories. Compositional verification systems facilitate system analysis, allowing components to be analyzed independently of their environment. In this paper, a compositional proof system in dynamic logic for partial correctness is established based on communication histories and class invariants. The soundness and relative completeness of this proof system follow by construction using a transformational approach from a sequential language with a non-deterministic assignment operator

Concurrent Typestate-Oriented Programming in Java

We describe a generative approach that enables concurrent typestate-oriented programming in Java and other mainstream languages. The approach allows programmers to implement objects exposing a state-sensitive interface using a high-level synchronization abstraction that synchronizes methods with the states of the receiver object in which those methods have an effect. An external tool takes care of generating all the boilerplate code that implements the synchronization logic. Behavioral types are used to specify object protocols. The tool integrates protocol conformance verification with the synchronization logic so that protocol violations are promptly detected at runtime.Comment: In Proceedings PLACES 2019, arXiv:1904.0039

Visions of Futures and Futures of Visions: Entrepreneurs, Artifacts, and Worlds

In a recent effort to develop the individual-opportunity nexus, Ramoglou and McMullen (2022) argue that extant conceptualizations of opportunities fail because they reify opportunities by engaging in “thing-talk”. Their proposed alternative ignores concrete things by reinterpreting the nexus in terms of confident entrepreneurs (who imagine world-states) and world-states (that are possible or not). But, regardless of formulation, the dualistic nexus framework fails to account for the creative aspects of entrepreneurship and places impossible demands on the concept of opportunity. A triadic view of entrepreneurs, artifacts, and worlds transcends the distinction between “thing-talk” and “confidence-talk” as central to an unambiguous scholarly use of opportunity language. Acknowledging artifacts as tangible interfaces between entrepreneurial confidence and real-world conditions also prompts a reevaluation of what Ramoglou and McMullen (2022) term “entrepreneurial work”, calling for an approach that duly acknowledges its creative, artifact-centered, and indeed world-making character

Asynchronous programming in the abstract behavioural specification language

Chip manufacturers are rapidly moving towards so-called manycore chips with thousands of independent processors on the same silicon real estate. Current programming languages can only leverage the potential power by inserting code with low level concurrency constructs, sacrificing clarity. Alternatively, a programming language can integrate a thread of execution with a stable notion of identity, e.g., in active objects.Abstract Behavioural Specification (ABS) is a language for designing executable models of parallel and distributed object-oriented systems based on active objects, and is defined in terms of a formal operational semantics which enables a variety of static and dynamic analysis techniques for the ABS models.The overall goal of this thesis is to extend the asynchronous programming model and the corresponding analysis techniques in ABS.Algorithms and the Foundations of Software technolog

Narratives and Models in the Assessment of Unproven Technology

Imaginäre Zukünfte gelten als treibende Kraft der Gegenwart. Politiker, Wissenschaftler, Ingenieure und Ökonomen sind gleichermaßen auf nützliche Spekulationen angewiesen, wenn sie ihre gegenwärtigen Entscheidungen und Handlungen in vielversprechenden, sich entfaltenden Zukunftsvorstellungen umreißen und begründen. Zwar kann man die Zukunft nicht vorhersagen (Immanenz der Gegenwart), jedoch lässt sich empirisch beobachten, wie das Imaginieren und Streiten über Zukunftsvorstellungen an verschiedenen Orten, in verschiedenen Kontexten und zu verschiedenen Zeiten stattfindet. An diesen Orten der Hyperprojektivität entstehen und manifestieren sich die Grenzen plausibler Vorstellung unbewiesener Technologien in Modellen und Narrativen. Techniknarrative offenbaren die verheißungsvolle oder katastrophale Überschreitung einer vorhergehenden Normalität. Modelle untermauern die darin hervorgehobenen Aspekte mit ontischer Kraft und einer gewissen Objektivität. Inwiefern Akteure jedoch die narrativen Drehbücher und Modelle als Requisiten nutzen können, um in der Durchsetzung ihrer Visionen ihre relationale Positionierung zu verbessern, entscheidet letztlich die soziotechnische Praxis. Deshalb stehen Modelle und Narrative in dieser Thesis im Zentrum der Analyse und Unterscheidung imaginierter Zukünfte sowie der Diskussion von Implikationen für die Technikfolgenabschätzung. Der konzeptionelle Ansatz begründet sich in zwei eher voneinander losgelösten Debatten im Umfeld der TA, nämlich in den Sociologies of Expectation und der Philosophie der Imagination und Modellierung. Während die soziologische Debatte die Reichweite und Bedeutung antizipierender Praktiken für neue und aufkommende Technologien aufzeigt, diskutiert die Philosophie Voraussetzungen, um in der Fiktion neue Überzeugungen und Motivation zu erlangen. Die Debatten treffen sich im Verständnis von Modellen und Narrativen als sozial autorisierte Anweisungen für die Imagination. Während Narrative die zeitliche Kohärenz heterogener Elemente in hypothetischen Handlungspfaden herstellen (von A nach B via C), bilden Modelle der Wechselbeziehungen berücksichtigter Faktoren die Grundlage sozio-epistemischer Anfechtung. Da beides für die Gestaltung der Zukunft von zentraler Bedeutung ist, gilt es die gegenseitige Beeinflussung herauszuarbeiten. Dazu richtete sich diese analytische Perspektive auf die integrierte Begleitforschung zu “Visionen der Ernährung mit Mikroalgen”. Anhand der empirischen Beobachtungen zeigt die Doktorarbeit, wie verschiedene Zukunftsnarrative den Machbarkeitsfragen Relevanz geben und Expertisen unterschiedlich arrangieren. Die Arbeit postuliert, dass der Wandel imaginierter Zukünfte durch drei dynamische Faktoren bedingt ist, nämlich durch die aktuelle Datenlage und Modellierung, verfügbare Narrative Framings und die Kontingenz ihrer sozialen Praxis. Die Arbeit kommt zu dem Schluss, dass die zentrale Rolle von Modellen und Narrativen als Boundary Objects und Requisiten der Technikfolgenabschätzung mehr Aufmerksamkeit verdient, um die Zusammenhänge ihrer wissenschaftlichen, politischen und wirtschaftlichen Einbettung besser zu verstehen. Die Artikel der kumulativen Arbeit ergänzen sich in ihrer Frage nach der Rolle von Modellen und Erzählungen in der Bewertung unbewiesener Zukunftstechnologien. Der erste Artikel erörtert aus systemtheoretischer Sicht die Rolle von Narrativen für die Erzeugung von Handlungsfähigkeit sowie für die perspektivische Bewertung von Wissen. Der zweite Artikel zeigt, wie gesellschaftliche Zukünfte mit Delphi-Methoden empirisch erforscht werden und generalisierte Schlüsselnarrative es ermöglichen, diese zu unterscheiden und in transdisziplinären Kontexten zu kommunizieren. Der dritte Artikel überträgt Kendall Waltons Theorie des “make-believe” aus den Debatten repräsentierender Kunst und wissenschaftlicher Modellierung auf die empirische Untersuchung von Visionen, um am Beispiel eines Stakeholder-Workshops die Ambiguität imaginierter Grenzen in der Abschätzung einer Zukunftstechnologie offenzulegen. Der vierte Artikel diskutiert Möglichkeiten, politische und wirtschaftliche Perspektiven der Ökobilanz (LCA) bereits im Studiendesign zu antizipieren unter den Prämissen von Vergleichbarkeit und methodischer Standardisierung. Der fünfte Artikel fasst die systemanalytischen Erkenntnisse des Fallbeispiels in einem TA Opinion Paper über Zukünfte der Mikroalgenernährung zusammen. Zusammengefasst gibt die Arbeit dem Zusammenspiel von Modellen und Narrativen innovativer Technologien eine neue Relevanz in den gegenwärtigen Debatten der TA und ihres wissenschaftlichen Umfelds