[論文レビュー] Anti-patterns and the energy efficiency of Android applications

Rodrigo Morales, Rubén Saborido+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2016

Green IT and SustainabilityEngineering参考文献 32被引用数 19

ひとこと要約

本稿では、8種類のオブジェクト指向およびAndroid固有のアンチパターンがモバイルアプリケーションのエネルギー効率に与える影響を調査している。F-Droidから取得した59のオープンソースAndroidアプリを用いた制御されたテストベッドを用い、リファクタリング前の後でのエネルギー消費量を測定した結果、アンチパターンはエネルギー消費量を顕著に増加させることを明らかにしたが、リファクタリングの効果はパターンによっては改善も悪化もあり、モバイル開発におけるエネルギーに配慮したリファクタリングの必要性を示している。

ABSTRACT

The boom in mobile apps has changed the traditional landscape of software development by introducing new challenges due to the limited resources of mobile devices, e.g., memory, CPU, network bandwidth and battery. The energy consumption of mobile apps is nowadays a hot topic and researchers are actively investigating the role of coding practices on energy efficiency. Recent studies suggest that design quality can conflict with energy efficiency. Therefore, it is important to take into account energy efficiency when evolving the design of a mobile app. The research community has proposed approaches to detect and remove anti-patterns (i.e., poor solutions to design and implementation problems) in software systems but, to the best of our knowledge, none of these approaches have included anti-patterns that are specific to mobile apps and--or considered the energy efficiency of apps. In this paper, we fill this gap in the literature by analyzing the impact of eight type of anti-patterns on a testbed of 59 android apps extracted from F-Droid. First, we (1) analyze the impact of anti-patterns in mobile apps with respect to energy efficiency; then (2) we study the impact of different types of anti-patterns on energy efficiency. We found that then energy consumption of apps containing anti-patterns and not (refactored apps) is statistically different. Moreover, we find that the impact of refactoring anti-patterns can be positive (7 type of anti-patterns) or negative (2 type of anti-patterns). Therefore, developers should consider the impact on energy efficiency of refactoring when applying maintenance activities.

研究の動機と目的

• Androidアプリケーションにおけるアンチパターンのエネルギー効率への影響を調査すること。これはモバイルソフトウェア工学分野において重要なが、未だ十分に検討されていない分野である。
• 制御された条件下でモバイルアプリケーションのエネルギー消費量を測定するための信頼性の高い手法を開発・検証すること。
• アンチパターンのリファクタリングがエネルギー効率に顕著な改善または悪化をもたらすかどうかを評価すること。
• エネルギー消費量に最も顕著な影響を与えるアンチパターンを同定し、的確なリファクタリング戦略を策定すること。
• エネルギーに配慮したリファクタリングツールや開発手法の設計を支援すること。

提案手法

• 本研究では、F-Droidから取得した59のオープンソースAndroidアプリを用いたテストベッドを用いて、エネルギー消費量を評価している。
• エネルギー消費量は、Green Minerハードウェアプロファイラを用いて測定されており、INA219センサとRaspberry Piを介して50 Hzで電圧と電流を記録している。
• アプリの元のバージョン（アンチパターンを含む）とリファクタリング済みバージョン（アンチパターンを除去済み）のエネルギー使用量を比較している。
• 各アプリに対して標準化されたテストシナリオを実行することで、一貫した実行環境と測定可能なエネルギー差を確保している。
• 信頼性と正確性を検証するため、最先端のエネルギー測定手法と本手法を比較している。
• エネルギー消費量の差が統計的に有意かどうかを判断するために、統計解析を適用している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Androidアプリにアンチパターンが存在する場合、エネルギー消費量に統計的に有意な差が生じるか？
• RQ2 特定のアンチパターンをリファクタリングすることで、Androidアプリケーションのエネルギー効率はどのように変化するか？
• RQ3 リファクタリングによってエネルギー消費量が増加するアンチパターンは存在するか？もしあるならば、どのようなアンチパターンか？
• RQ4 アンチパターンの影響を実証的に評価するための信頼性があり再現可能なエネルギー測定手法を確立できるか？
• RQ5 異なる種類のアンチパターンは、モバイルアプリケーションにおけるエネルギー非効率にどの程度寄与しているか？

主な発見

• アンチパターンを含むアプリは、リファクタリング済みバージョンと比較して顕著に高いエネルギー消費量を示しており、悪い設計とエネルギー非効率の強い相関関係があることが示された。
• 8つのアンチパターンのうち7つについて、リファクタリングによりエネルギー消費量が削減された。これは、大多数のリファクタリングがエネルギー効率を向上させることを示している。
• リソースの早期バインディングとプライベートのゲッターセットターメソッドという2つのアンチパターンでは、リファクタリング後にエネルギー消費量が増加した。これは、文脈依存的な影響を示している。
• 本研究では、特にリソース管理やメソッドアクセスパターンに関連する設計選択が、エネルギー消費量に直接的な影響を与えることが確認された。
• 提案されたエネルギー測定手法は、信頼性があり再現可能であり、既存の手法に比べて一貫性と正確性に優れていることが示された。
• 研究結果は、エネルギー効率をリファクタリングツールやIDEに統合する重要性を強調しており、意図しないパフォーマンスの低下を避けるために不可欠である。