Reuse Mechanisms and Concurrency: From Actors to Agent-Oriented Programming

La presente tesi è dedicata al riuso nel software. Eccettuata un'introduzione organica al tema, l'analisi è a livello dei meccanismi offerti dai linguaggi di programmazione e delle tecniche di sviluppo, con speciale attenzione rivolta al tema della concorrenza. Il primo capitolo fornisce un quadro generale nel quale il riuso del software è descritto, assieme alle ragioni che ne determinano l'importanza e ai punti cruciali relativi alla sua attuazione. Si individuano diversi livelli di riuso sulla base dell'astrazione e degli artefatti in gioco, e si sottolinea come i linguaggi contribuiscano alla riusabilità e alla realizzazione del riuso. In seguito, viene esplorato, con esempi di codice, il supporto al riuso da parte del paradigma ad oggetti, in termini di incapsulamento, ereditarietà, polimorfismo, composizione. La trattazione prosegue analizzando differenti feature – tipizzazione, interfacce, mixin, generics – offerte da vari linguaggi di programmazione, mostrando come esse intervengano sulla riusabilità dei componenti software. A chiudere il capitolo, qualche parola contestualizzata sull'inversione di controllo, la programmazione orientata agli aspetti, e il meccanismo della delega. Il secondo capitolo abbraccia il tema della concorrenza. Dopo aver introdotto l'argomento, vengono approfonditi alcuni significativi modelli di concorrenza: programmazione multi-threaded, task nel linguaggio Ada, SCOOP, modello ad Attori. Essi vengono descritti negli elementi fondamentali e ne vengono evidenziati gli aspetti cruciali in termini di contributo al riuso, con esempi di codice. Relativamente al modello ad Attori, viene presentata la sua implementazione in Scala/Akka come caso studio. Infine, viene esaminato il problema dell'inheritance anomaly, sulla base di esempi e delle tre classi principali di anomalia, e si analizza la suscettibilità del supporto di concorrenza di Scala/Akka a riscontrare tali problemi. Inoltre, in questo capitolo si nota come alcuni aspetti relativi al binomio riuso/concorrenza, tra cui il significato profondo dello stesso, non siano ancora stati adeguatamente affrontati dalla comunità informatica. Il terzo e ultimo capitolo esordisce con una panoramica dell'agent-oriented programming, prendendo il linguaggio simpAL come riferimento. In seguito, si prova ad estendere al caso degli agenti la nozione di riuso approfondita nei capitoli precedenti

Modelling and analyzing adaptive self-assembling strategies with Maude

Building adaptive systems with predictable emergent behavior is a challenging task and it is becoming a critical need. The research community has accepted the challenge by introducing approaches of various nature: from software architectures, to programming paradigms, to analysis techniques. We recently proposed a conceptual framework for adaptation centered around the role of control data. In this paper we show that it can be naturally realized in a reflective logical language like Maude by using the Reflective Russian Dolls model. Moreover, we exploit this model to specify, validate and analyse a prominent example of adaptive system: robot swarms equipped with self-assembly strategies. The analysis exploits the statistical model checker PVeStA

Standard Type Soundness for Agents and Artifacts

Formal models, core calculi, and type systems, are important tools for rigorously stating the more subtle details of a language, to characterise and study its features and the correctness properties of its programs. In this paper we present {FsimpAL} (FsimpaALlong), a formal calculus modelling the agent and artifact program abstractions provided by the simpA{} agent framework. The formalisation is largely inspired by textsc{Featherweight Java}. It is based on reduction rules applied at certain evaluation contexts, properly adapted to the concurrency nature of simpA{}. On top of this calculus we introduce a standard type system and prove its soundness, so as to guarantee that the execution of a well-typed program does not get stuck. Namely, all primitive mechanisms of agents (activity execution), artifacts (field/property access and step execution), and their interaction (observation and invocation) are guaranteed to be used in a way that is structurally compliant with the corresponding definitions: hence, there will not be run-time errors due to {FsimpAL} distinctive primitives