Evolution of component and aspect-based product line architectures

Orientador: Cecília Mary Fischer RubiraTese (doutorado) ¿ Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Arquiteturas de linhas de produtos são essenciais para facilitar a evolução das linhas, pois ajudam a lidar com sua complexidade, abstraindo seus detalhes de implementação. A variabilidade arquitetural difere arquiteturas de linhas de produtos de arquiteturas de sistemas únicos. Ela reflete a existência de alternativas de projeto arquitetural e é expressa por meio de um conjunto de pontos de variação e variantes arquiteturais. A variabilidade arquitetural pode dificultar a evolução de arquiteturas de linhas produtos, pois a implementação da variabilidade software pode aumentar a complexidade da arquitetura com a possível adição de elementos e dependências extras. A variabilidade de linhas de produtos é usualmente capturada modelo de características e implementado pela arquitetura de linha de produtos. Entretanto, a implementação de características, pontos de variação e variantes podem estar espalhados por diversos elementos arquiteturais, o que dificulta a sua evolução. Em geral, cenários de evolução de linhas de produto envolvem adição e/ou remoção de características, mudança de uma característica obrigatória para opcional, entre outros. Quando cenários de evolução afetam características cujas implementações estão espalhadas na arquitetura, eles podem causar impacto de mudança em vários elementos arquiteturais. Estudos recentes exploram o uso de aspectos para modularizar a implementação de características em arquiteturas de linhas de produtos. Aspectos são usados para modularizar interesses transversais que, no contexto de linhas de produtos, são interesses que afetam diversas características. Contudo, esses estudos não consideram (i) arquiteturas componentizadas com interfaces explícitas e (ii) o uso integrado de componentes e aspectos para modularizar a implementação da variabilidade arquitetural. Idealmente aspectos devem ser modelados o mais cedo possível, de preferência, junto com o modelo de características para possibilitar a criação de arquiteturas bem estruturadas com aspectos. Todavia, não existem modelos que integrem o modelo de características e aspectos, nem métodos que consideram aspectos para gerar arquiteturas de linhas produtos a partir do modelo de características. A solução proposta nesta tese envolve inicialmente um estudo comparativo para mostrar a facilidade de evolução de arquiteturas de linhas de produtos propiciada pelo uso integrado de componentes e aspectos. Em seguida, é proposta uma visão estendida do modelo de características que permite representar características transversais. Essa visão, chamada de visão de características orientada a aspectos, é usada para criar arquiteturas de linhas de produtos orientadas a aspectos. Além disso, um modelo arquitetural de componentes é estendido para integrar aspectos para modularizar a variabilidade arquitetural. Por fim, o método FArM, que provê o mapeamento de modelo de características para modelos de arquitetura de linha de produtos, é estendido para considerar características transversais. Foram conduzidos dois estudos empíricos: um para avaliar se o uso integrado de componentes e aspectos facilita ou não a evolução de arquiteturas de linhas de produtos. O outro estudo empírico avalia a modelagem de características transversais e a extensão do método FArM propostos para projetar arquiteturas de linhas de produtos que sejam fáceis de evoluir. Os dois estudos apresentaram resultados promissores indicando que a solução proposta nesta tese facilita a evolução de arquiteturas de linhas de produtosAbstract: Product line architectures are essential to facilitate the evolution of product lines, as they handle their complexity by abstracting implementation details. Architectural variability is what differs product line architectures from single system architectures. It reflects the existence of alternative design options and it is expressed by a set of architectural variation points and variants. Architectural variability can hinder product line architecture evolution because the implementation of software variability can increase architecture complexity by possibly adding extra elements and dependencies. Product line variability is usually captured in the feature model and it is implemented by product line architectures. However, the implementation of features, variation points, and variants may be scattered over architectural elements, which can hinder its evolution. In general, product line evolution scenarios involve feature addition/removal, changing a mandatory feature to an optional feature, and so forth. When evolution scenarios affect features whose implementations are scattered over architecture, they can cause a great change impact on several architectural elements. Recent studies have explored the use of aspects to modularize feature implementation in product line architectures. Aspects can modularize crosscutting concerns, which, in the context of product lines, are concerns that affect several features. Nevertheless, these studies do not consider (i) componentized architectures with explicit interfaces, and (ii) the integration of aspects and components to modularize the implementation of architectural variability. Ideally, aspects should be modeled as soon as possible, preferably, together with the feature model in order to enable the design of well structured product line architectures with aspects. However, there are neither models which integrate features and aspects, nor methods that considers aspects to design product line architectures from the feature model. The solution proposed in this thesis involves a comparative study that presents the support for product line architecture evolution provided by the integration of components and aspects. Then, it is proposed an extended view of the feature model which enables to represent crosscutting features. This view, called aspect-oriented feature view, is used to design product line architectures with aspects. Lastly, the FArM method, which provides guidelines to map from the feature model to the product line architecture model, is extended to consider crosscutting features. Two empirical studies were conducted: one to assess whether the integration of components and aspects facilitates product line architecture evolution. The other empirical study evaluates whether the crosscutting feature modeling and the FArM method extension proposed supports the design of evolvable product line architectures. Both studies presented promising results which indicate that the solution proposed in this thesis facilitates product line architecture evolutionDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computaçã

An infrastructure to support evolution in component repositories

Orientador: Cecilia Mary Fischer RubiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas,Instituto de ComputaçãoResumo: No contexto do Desenvolvimento Baseado em Componentes(DBC), o elo de ligação entre desenvolvedores e consumidores de componentes de software são os repositórios de componentes, onde eles são adicionados por seus desenvolvedores e recuperados pelos integradores de sistemas. Considerando um cenário de evolução, onde componentes são modificados, são imprescindíveis modelos de evolução de componentes para definir uma abordagem sistemática de mudanças. Elas podem ocorrer, por exemplo, na especificação ou implementação de um componente e o repositório de componentes deve dar apoio à evolução uma vez que ela é parte inerente do processo de desenvolvimento de software. Contudo, assim como o software, modelos de evolução são modificados para acompanhar o desenvolvimento tecnológico e as necessidades de seus usuários. Além disso, diferentes produtores de componentes podem possuir modelos distintos. Este trabalho apresenta uma infra-estrutura de suporte à evolução em um repositório de componentes, para apoiar serviços de DBC, como a conversão de componentes para outros modelos de implementação, extração de metainformação de código-fonte de componentes, evolução de componentes e verificação de modelos de implementação de componentes. No caso particular desta dissertação, o repositório de componentes escolhido é o Rigel, que foi estendido para dar suporte à evolução de componentes. O repositório Rigel oferece as condições necessárias para adoção de um modelo de evolução de componentes, através da utilização de um padrão de metadados de componentes chamado RAS. Ferramentas de software ajudam a aumentar a produtividade de desenvolvedores e evitar tarefas repetitivas. Além disso, atividades de modificação são sujeitas a erros humanos. Portanto, foram desenvolvidas quatro ferramentas para dar suporte ao modelo de evolução SACE e ao modelo de implementação de componentes COSMOS. As ferramentas foram construÍdas com base em um framework de componentes baseado em regras que usa um motor de inferência chamado Drools. Este framework de componentes externaliza as regras da aplicação, garatindo uma maior modificabilidade, característica que é essencial para que as ferramentas possam evoluir em conformidade com os modelos apóiamAbstract: In the Component-Based Development (CBD), the link between software component developers and consumers are component repositories where software components are checkedin by their developers and checked-out by their systems integrators. Considering an evolution scenario, when components are modified, it is essential component evolution models in order to define a systematic approach to component changes. These modifications can occur, for instance, in the component specification and implementation, and component repositories should support these kind of evolutions. However, component evolution models themselves can be modified to follow technological development and different user's needs. Furthermore, different component producers may also have distinct models. This work presents an infrastructure to support evolution in component repositories, to support various CBD services, such as component conversion to other implementation models, extraction of metainformation from the source code of components, component evolution and check implementation models. Particularly, in this work, the component reposítory chosen was Rigel (developed at IC-UNICAMP), which was extended to support component evolution. The Rigel repository provides necessary conditions to adopt a component evolution model, by using an extensibIe component metadata pattern called RAS specification. Software tools heIp to increase developer's productivity and to avoid repetitive tasks. Furthermore, human modification activities are error prone. Therefore, we have developed four tools to support the SACE evolution model and the COSMOS component implementation model. These tools were developed using a rule-based framework which is based on an inference engine called Drools. This component framework is important to externalize the application rules, to guarante a greater modifiability, which is essential for the evolution of the tools in conformity with the models they supportMestradoMestre em Ciência da Computaçã

Components meet aspects:assessing design stability of a software product line

Context It is important for Product Line Architectures (PLA) to remain stable accommodating evolutionary changes of stakeholder’s requirements. Otherwise, architectural modifications may have to be propagated to products of a product line, thereby increasing maintenance costs. A key challenge is that several features are likely to exert a crosscutting impact on the PLA decomposition, thereby making it more difficult to preserve its stability in the presence of changes. Some researchers claim that the use of aspects can ameliorate instabilities caused by changes in crosscutting features. Hence, it is important to understand which aspect-oriented (AO) and non-aspect-oriented techniques better cope with PLA stability through evolution. Objective This paper evaluates the positive and negative change impact of component and aspect based design on PLAs. The objective of the evaluation is to assess how aspects and components promote PLA stability in the presence of various types of evolutionary change. To support a broader analysis, we also evaluate the PLA stability of a hybrid approach (i.e. combined use of aspects and components) against the isolated use of component-based, OO, and AO approaches. Method An quantitative and qualitative analysis of PLA stability which involved four different implementations of a PLA: (i) an OO implementation, (ii) an AO implementation, (iii) a component-based implementation, and (iv) a hybrid implementation where both components and aspects are employed. Each implementation has eight releases and they are functionally equivalent. We used conventional metrics suites for change impact and modularity to measure the architecture stability evaluation of the 4 implementations. Results The combination of aspects and components promotes superior PLA resilience than the other PLAs in most of the circumstances. Conclusion It is concluded that the combination of aspects and components supports the design of high cohesive and loosely coupled PLAs. It also contributes to improve modularity by untangling feature implementation

Direct Sampling for Spatially Variable Extreme Event Generation in Resampling‐Based Stochastic Weather Generators

Abstract Resampling‐based weather generators simulate new time series of weather variables by reordering the observed values such that the statistics of the simulated data are consistent with the observed ones. These generators are fully data‐driven, easy to implement, and capable of reproducing the dynamics among weather variables. However, although the simulated time series is new, the weather fields produced at arbitrary time steps are replicas of those found in observations, limiting the spatial variability of simulations and preventing the generation of extreme weather fields beyond the range of observed values. To address these limitations, we propose the integration of the Direct Sampling algorithm—a data‐driven method for producing simulations—into resampling‐based weather generators. By incorporating Direct Sampling as a post‐processing step on the outputs of the weather generator, we enhance the spatial variability of the generated weather fields and enable the generation of extreme weather fields. We introduce an approach for generating out‐of‐sample extreme weather fields using Direct Sampling. This method involves utilizing a set of control points in conjunction with Direct Sampling, where the values of these control points are informed by return period analysis. The proposed approach is validated using precipitation, temperature, and cloud cover weather fields in a region of northwest India. The experimental results confirm that Direct Sampling enhances the spatial variability of the weather fields and facilitates the generation of out‐of‐sample precipitation fields that accurately adhere to the spatial statistics provided by return precipitation level maps, as well as the observed precipitation weather field employed in the analysis