[論文レビュー] TreatJS: Higher-Order Contracts for JavaScript

Matthias S. Keil, Peter Thiemann|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2015

Logic, programming, and type systems参考文献 5被引用数 8

ひとこと要約

TreatJS は、プロキシと反射的サンドボックスを用いて実行時チェックを行う、ライブラリベースの高階関数型コントラクトシステムであり、ソース変換を必要とせず、非干渉的実行と責任割り当てを保証する。JavaScript の完全な機能を用いて動的で合成可能なコントラクトを提供し、ユニオン型・インターセクション型とパラメータ化されたスコープをサポートする。パフォーマンスは Google Octane ベンチマークで評価されている。

ABSTRACT

TreatJS is a language embedded, higher-order contract system for JavaScript which enforces contracts by run-time monitoring. Beyond providing the standard abstractions for building higher-order contracts (base, function, and object contracts), TreatJS's novel contributions are its guarantee of non-interfering contract execution, its systematic approach to blame assignment, its support for contracts in the style of union and intersection types, and its notion of a parameterized contract scope, which is the building block for composable run-time generated contracts that generalize dependent function contracts. TreatJS is implemented as a library so that all aspects of a contract can be specified using the full JavaScript language. The library relies on JavaScript proxies to guarantee full interposition for contracts. It further exploits JavaScript's reflective features to run contracts in a sandbox environment, which guarantees that the execution of contract code does not modify the application state. No source code transformation or change in the JavaScript run-time system is required. The impact of contracts on execution speed is evaluated using the Google Octane benchmark.

研究の動機と目的

• 言語やランタイムを変更せずに、実行時にコントラクトを強制する JavaScript 向けの高階関数型コントラクトシステムを設計すること。
• コントラクトの実行が非干渉的であることを保証し、予期しない副作用がアプリケーションの状態や振る舞いに影響を与えないようにすること。
• 完全な JavaScript を用いて、クロージャーや状態を持つ抽象化を含めた、動的で合成可能なコントラクトの構築と組み合わせを可能にすること。
• パラメータ化されたコントラクトスコープを通じて、動的で合成可能なランタイム生成コントラクトを可能にし、従属関数型コントラクトを一般化すること。
• 動的言語におけるユニオン型・インターセクション型のサポートとともに、体系的な責任割り当てを提供すること。

提案手法

• TreatJS は JavaScript のプロキシを用いて完全なインタポージョンを実現し、すべての値へのアクセスがコントラクトによって監視されることを保証する。
• JavaScript の反射的機能を活用して、コントラクトをサンドボックス環境で実行し、コントラクトの論理をアプリケーションの状態から分離する。
• ソースコード変換やランタイム変更なしに、ライブラリベースのアプローチでコントラクトを一等値として実装する。
• システムは平坦型、関数型、オブジェクト型、ユニオン型、インターセクション型のコントラクトをサポートし、論理結合子を用いて組み合わせる。
• パラメータ化されたコントラクトスコープにより、関数呼び出し間で状態を保持できる動的で合成可能なコントラクト生成が可能になる。
• サンドボックスのカプセル化ルールにより、ラップされた値が同一性を保ち、サンドボックス化されたオブジェクトへの代入が禁止される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソースコード変換やランタイム変更なしに、JavaScript に高階関数型コントラクトを実装する方法は何か？
• RQ2 予期しない副作用を持つ述語であっても、コントラクトの実行がアプリケーションの振る舞いに干渉しないように保証する方法は何か？
• RQ3 再帰や状態を持つ抽象化をサポートする動的で合成可能なコントラクト構築を可能にするメカニズムは何か？
• RQ4 JavaScript のような動的でプロトタイプベースの言語において、責任割り当てを体系的かつ正しく保証する方法は何か？
• RQ5 本格的で実行時チェック付きのコントラクトシステムが、実世界の JavaScript ベンチマークでどの程度のパフォーマンスオーバーヘッドを引き起こすか？

主な発見

• TreatJS は、言語やランタイムの変更なしに、標準的な JavaScript 機能のみを用いて実行時モニタリングによりコントラクトを強制することに成功した。
• システムは非干渉的実行を保証する：述語が例外を投げても、アプリケーションの状態や振る舞いに影響を与えない。
• コントラクトはランタイムで動的に構築され、再帰的・状態保持型の抽象化を含め、完全な JavaScript コードを用いて合成可能である。
• パラメータ化されたコントラクトスコープにより、従属関数型コントラクトの一般化が可能になり、合成可能でランタイム生成可能なコントラクトが実現された。
• TreatJS のパフォーマンスオーバーヘッドは Google Octane ベンチマークを用いて測定され、本格的で動的コントラクトシステムとしては許容可能なパフォーマンスであることが示された。
• サンドボックス化により、コントラクトコードがアプリケーションの状態を変更できず、すべてのコントラクト操作が分離され安全に保証される。