Program analysis for code maintenance in dynamic programming languages

Abstract

Over the recent years, dynamic programming languages expanded their reach on server-side applications, with an example being JavaScript and the Node.js runtime. Since ECMAScript 2015 (ES6) supports syntactic constructs for designing modular applications, developers are motivated to migrate their legacy applications towards using language features that are standardized in the newer language version. However, JavaScript is embedded in complex application environments that specify different interfaces, such as browsers and the server, thus introducing challenges in software refactoring and testing automation. In addition, the dynamic nature of JavaScript -for example dynamic code generation and execution- introduces significant challenges in both static and dynamic analysis. In the first section of this dissertation, we propose a static analysis method for automating the migration of a legacy JavaScript application towards using ECMAScript 2015 (ES6) modules. We investigate the patterns used by developers and researchers to circumvent the lack of language features enhancing modularity and encapsulation. Finally, we implement a prototype based on the proposed method and we evaluate it with an empirical study on a set of publicly available projects through assessing software coupling metrics. In the second section of this dissertation, we propose a method combining static and dynamic analysis for test augmentation in Node.js applications, based on the test suite’s integration tests. We evaluate the prototype with an empirical study on a set of opensource projects. The mutation score of the generated unit tests, along with software maintainability and difficulty, support the efficiency of the proposed approach.

Σήμερα οι δυναμικές γλώσσες προγραμματισμού έχουν διευρύνει το πεδίο εφαρμογής τους στις εφαρμογές εξυπηρετητή, με παράδειγμα τη JavaScript και τη πλατφόρμα ανάπτυξης Node.js. Η υποστήριξη χαρακτηριστικών που διευκολύνουν την ανάπτυξη τμηματοποιημένων εφαρμογών (modularized applications) στην ECMAScript 2015 (ES6) παρέχει στους μηχανικούς λογισμικού τη δυνατότητα της αναδόμησης των εφαρμογών τους στην κατεύθυνση της αξιοποίησης χαρακτηριστικών που εντάσσονται σε νέες εκδόσεις της γλώσσας. Ωστόσο, η JavaScript έχει πεδίο εφαρμογής σε περίπλοκα περιβάλλοντα εφαρμογών τα οποία διέπονται από διαφορετικά χαρακτηριστικά, όπως ο φυλλομετρητής ιστού (browser) και ο εξυπηρετητής (server). Το παραπάνω εισάγει σημαντικές προκλήσεις στην αυτοματοποίηση της αναδόμησης και του ελέγχου. Επιπλέον, τα δυναμικά χαρακτηριστικά της γλώσσας -για παράδειγμα η δυναμική παραγωγή και εκτέλεση κώδικα- εισάγει σημαντικές προκλήσεις στην εφαρμογή μεθόδων στατικής και δυναμικής ανάλυσης προγράμματος. Στο πρώτο μέρος της διατριβής, προτείνεται μια μέθοδος στατικής ανάλυσης προγράμματος (static program analysis) για την αυτοματοποίηση της αναδόμησης μιας JavaScript εφαρμογής στην κατεύθυνση της αξιοποίησης των ECMAScript 2015 (ES6) modules. Διερευνώνται οι λύσεις που είχαν υιοθετηθεί -τόσο στην επιστημονική κοινότητα όσο και στη βιομηχανία ανάπτυξης λογισμικού- για την αντιμετώπιση της έλλειψης χαρακτηριστικών της γλώσσας που υποστηρίζουν την τμηματοποίηση (modularity) και την ενθυλάκωση (encapsulation). Η προτεινόμενη μέθοδος αξιολογείται σε ένα σύνολο από εφαρμογές που είναι διαθέσιμες σε δημόσια ψηφιακά αποθετήρια μέσω της αποτίμησης ποιοτικών μετρικών λογισμικού, συγκεκριμένα της σύζευξης (coupling). Στο δεύτερο μέρος της διατριβής, προτείνεται μια μέθοδος στατικής και δυναμικής ανάλυσης προγράμματος (static/dynamic program analysis) για την αυτοματοποίηση της επαύξησης ελέγχων της σουίτας ελέγχων μιας JavaScript εφαρμογής εξυπηρετητή, με αξιοποίηση των ελέγχων ενσωμάτωσης (integration tests) της σουίτας ελέγχων. Η προτεινόμενη μέθοδος αξιολογείται σε ένα σύνολο εφαρμογών που είναι διαθέσιμες σε δημόσια ψηφιακά αποθετήρια. Ο βαθμός μεταλλάξεων (mutation score) καθώς και μετρικές ποιότητας λογισμικού των παραγόμενων ελέγχων, όπως ο δείκτης συντηρησιμότητας (maintainability index), αναδεικνύουν την αποδοτικότητα (efficiency) της προτεινόμενης μεθόδου.