Designing Round-Trip Systems by Change Propagation and Model Partitioning

Software development processes incorporate a variety of different artifacts (e.g., source code, models, and documentation). For multiple reasons the data that is contained in these artifacts does expose some degree of redundancy. Ensuring global consistency across artifacts during all stages in the development of software systems is required, because inconsistent artifacts can yield to failures. Ensuring consistency can be either achieved by reducing the amount of redundancy or by synchronizing the information that is shared across multiple artifacts. The discipline of software engineering that addresses these problems is called Round-Trip Engineering (RTE). In this thesis we present a conceptual framework for the design RTE systems. This framework delivers precise definitions for essential terms in the context of RTE and a process that can be used to address new RTE applications. The main idea of the framework is to partition models into parts that require synchronization - skeletons - and parts that do not - clothings. Once such a partitioning is obtained, the relations between the elements of the skeletons determine whether a deterministic RTE system can be built. If not, manual decisions may be required by developers. Based on this conceptual framework, two concrete approaches to RTE are presented. The first one - Backpropagation-based RTE - employs change translation, traceability and synchronization fitness functions to allow for synchronization of artifacts that are connected by non-injective transformations. The second approach - Role-based Tool Integration - provides means to avoid redundancy. To do so, a novel tool design method that relies on role modeling is presented. Tool integration is then performed by the creation of role bindings between role models. In addition to the two concrete approaches to RTE, which form the main contributions of the thesis, we investigate the creation of bridges between technical spaces. We consider these bridges as an essential prerequisite for performing logical synchronization between artifacts. Also, the feasibility of semantic web technologies is a subject of the thesis, because the specification of synchronization rules was identified as a blocking factor during our problem analysis. The thesis is complemented by an evaluation of all presented RTE approaches in different scenarios. Based on this evaluation, the strengths and weaknesses of the approaches are identified. Also, the practical feasibility of our approaches is confirmed w.r.t. the presented RTE applications

Customizable Feature based Design Pattern Recognition Integrating Multiple Techniques

Die Analyse und Rückgewinnung von Architekturinformationen aus existierenden Altsystemen ist eine komplexe, teure und zeitraubende Aufgabe, was der kontinuierlich steigenden Komplexität von Software und dem Aufkommen der modernen Technologien geschuldet ist. Die Wartung von Altsystemen wird immer stärker nachgefragt und muss dabei mit den neuesten Technologien und neuen Kundenanforderungen umgehen können. Die Wiederverwendung der Artefakte aus Altsystemen für neue Entwicklungen wird sehr bedeutsam und überlebenswichtig für die Softwarebranche. Die Architekturen von Altsystemen unterliegen konstanten Veränderungen, deren Projektdokumentation oft unvollständig, inkonsistent und veraltet ist. Diese Dokumente enthalten ungenügend Informationen über die innere Struktur der Systeme. Häufig liefert nur der Quellcode zuverlässige Informationen über die Struktur von Altsystemen. Das Extrahieren von Artefakten aus Quellcode von Altsystemen unterstützt das Programmverständnis, die Wartung, das Refactoring, das Reverse Engineering, die nachträgliche Dokumentation und Reengineering Methoden. Das Ziel dieser Dissertation ist es Entwurfsinformationen von Altsystemen zu extrahieren, mit Fokus auf die Wiedergewinnung von Architekturmustern. Architekturmuster sind Schlüsselelemente, um Architekturentscheidungen aus Quellcode von Altsystemen zu extrahieren. Die Verwendung von Mustern bei der Entwicklung von Applikationen wird allgemein als qualitätssteigernd betrachtet und reduziert Entwicklungszeit und kosten. In der Vergangenheit wurden unterschiedliche Methoden entwickelt, um Muster in Altsystemen zu erkennen. Diese Techniken erkennen Muster mit unterschiedlicher Genauigkeit, da ein und dasselbe Muster unterschiedlich spezifiziert und implementiert wird. Der Lösungsansatz dieser Dissertation basiert auf anpassbaren und wiederverwendbaren Merkmal-Typen, die statische und dynamische Parameter nutzen, um variable Muster zu definieren. Jeder Merkmal-Typ verwendet eine wählbare Suchtechnik (SQL Anfragen, Reguläre Ausdrücke oder Quellcode Parser), um ein bestimmtes Merkmal eines Musters im Quellcode zu identifizieren. Insbesondere zur Erkennung verschiedener Varianten eines Musters kommen im entwickelten Verfahren statische, dynamische und semantische Analysen zum Einsatz. Die Verwendung unterschiedlicher Suchtechniken erhöht die Genauigkeit der Mustererkennung bei verschiedenen Softwaresystemen. Zusätzlich wurde eine neue Semantik für Annotationen im Quellcode von existierenden Softwaresystemen entwickelt, welche die Effizienz der Mustererkennung steigert. Eine prototypische Implementierung des Ansatzes, genannt UDDPRT, wurde zur Erkennung verschiedener Muster in Softwaresystemenen unterschiedlicher Programmiersprachen (JAVA, C/C++, C#) verwendet. UDDPRT erlaubt die Anpassung der Mustererkennung durch den Benutzer. Alle Abfragen und deren Zusammenspiel sind konfigurierbar und erlauben dadurch die Erkennung von neuen und abgewandelten Mustern. Es wurden umfangreiche Experimente mit diversen Open Source Software Systemen durchgeführt und die erzielten Ergebnisse wurden mit denen anderer Ansätze verglichen. Dabei war es möglich eine deutliche Steigerung der Genauigkeit im entwickelten Verfahren gegenüber existierenden Ansätzen zu zeigen.Recovering design information from legacy applications is a complex, expensive, quiet challenging, and time consuming task due to ever increasing complexity of software and advent of modern technology. The growing demand for maintenance of legacy systems, which can cope with the latest technologies and new business requirements, the reuse of artifacts from the existing legacy applications for new developments become very important and vital for software industry. Due to constant evolution in architecture of legacy systems, they often have incomplete, inconsistent and obsolete documents which do not provide enough information about the structure of these systems. Mostly, source code is the only reliable source of information for recovering artifacts from legacy systems. Extraction of design artifacts from the source code of existing legacy systems supports program comprehension, maintenance, code refactoring, reverse engineering, redocumentation and reengineering methodologies. The objective of approach used in this thesis is to recover design information from legacy code with particular focus on the recovery of design patterns. Design patterns are key artifacts for recovering design decisions from the legacy source code. Patterns have been extensively tested in different applications and reusing them yield quality software with reduced cost and time frame. Different techniques, methodologies and tools are used to recover patterns from legacy applications in the past. Each technique recovers patterns with different precision and recall rates due to different specifications and implementations of same pattern. The approach used in this thesis is based on customizable and reusable feature types which use static and dynamic parameters to define variant pattern definitions. Each feature type allows user to switch/select between multiple searching techniques (SQL queries, Regular Expressions and Source Code Parsers) which are used to match features of patterns with source code artifacts. The technique focuses on detecting variants of different design patterns by using static, dynamic and semantic analysis techniques. The integrated use of SQL queries, source code parsers, regular expressions and annotations improve the precision and recall for pattern extraction from different legacy systems. The approach has introduced new semantics of annotations to be used in the source code of legacy applications, which reduce search space and time for detecting patterns. The prototypical implementation of approach, called UDDPRT is used to recognize different design patterns from the source code of multiple languages (Java, C/C++, C#). The prototype is flexible and customizable that novice user can change the SQL queries and regular expressions for detecting implementation variants of design patterns. The approach has improved significant precision and recall of pattern extraction by performing experiments on number of open source systems taken as baselines for comparisons