[논문 리뷰] Redefining measures of Layered Architecture

Sanjay B. Thakare, Arvind W. Kiwelekar|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 06.

Architecture and Computational Design참고 문헌 10인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 백콜, 스킵콜, 순환 종속성 등을 탐지할 수 있는 관계 기반 메트릭을 도입함으로써 계층 아키텍처 평가를 재정의한다. 또한 새로운 논리적 분리 지수를 제안한다. 이 방법은 기존 방법보다 위반 요소를 단지 특정 컴포넌트로 파악하는 것을 넘어서, 위반을 유발하는 구체적인 종속 관계를 식별함으로써 실제 Java 시스템(JHotDraw 및 JFreeChart 등)에서 보다 정밀한 리팩터링 가이던스를 제공한다.

ABSTRACT

Layered architecture represents the software structure in the form of layers. Every element in the software is assigned to one of the layers such that the relationship amongst the elements is maintained. A set of design principles rules the process of construction of the layered architecture. Various statistical measures have been defined to check whether the layered architecture of a given software is following these design principles or not. In this paper, we redefine the measures of layered architecture based on the relationship between the software components. The measures check for the violations committed regarding the back calls, skip calls, and cyclic structures. Further, we also introduce a new measure to verify the logical separation amongst the layers. The system's current architecture is extracted from the source code and represented using a three-tier layered structure, which is the defacto standard architecture of Java applications. The redefined measures are applied to determine the conformance of layering principles in the system. We evaluate five different software systems for their architecture consistency. The results obtained on our redefined measures are compared to those obtained by applying the standard set of measures. A quantitative analysis of the proposed measures is performed, and we conclude that they can determine the consideration of layering principles followed during the development of a software system.

연구 동기 및 목표

• 기존 계층 아키텍처 평가 메트릭이 위반 종속성의 본질을 포착하지 못하는 한계를 해결하기 위해.
• 단지 계층화 원칙을 위반하는 컴포넌트를 파악하는 것뿐만 아니라, 위반을 유발하는 특정 종속 관계까지 탐지함으로써 소프트웨어 유지보수성을 향상시키기 위해.
• 복구된 소프트웨어 아키텍처에서 계층의 품질을 정량적으로 평가하기 위해 새로운 논리적 분리 지수를 도입하기 위해.
• 단지 컴포넌트만이 아니라 문제 있는 종속 관계를 식별함으로써 개발자에게 실질적인 통찰을 제공하여 리팩터링을 유도하기 위해.
• 세 단계 계층 아키텍처를 기반으로 실세계 Java 애플리케이션에서 제안된 메트릭의 효과성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 기존의 컴포넌트 수 기반 측정 방식에서 벗어나 소프트웨어 컴포넌트 간의 종속 관계를 기반으로 전통적인 계층 아키텍처 측정 방식을 재정의한다.
• 명시적인 종속 유형(상속, 인스턴스화, 매개변수 전달)을 기반으로 백콜 위반 지수, 스킵콜 위반 지수, 사이클 위반 지수를 정의한다.
• 계층 간 종속성 대비 총 종속성 비율을 사용하여 계층 간 분리 정도를 수량화하는 논리적 분리 지수를 도입한다.
• 의존성 추출 도구(예: Dependency Finder)를 사용해 소스 코드에서 소프트웨어 아키텍처를 추출하여 의존성 네트워크를 구축한다.
• 컴포넌트를 노드로, 종속성을 간선으로 간주하여 소프트웨어를 사회망처럼 모델링함으로써 네트워크 분석 원리를 적용할 수 있도록 한다.
• Open Layering 스타일을 준수하는지 평가하기 위해 다섯 개의 실세계 소프트웨어 시스템(Constore, JHotDraw, JFreeChart, JCommon)에 재정의된 메트릭을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 계층 아키텍처 평가 메트릭을 재정의하여 위반 종속성의 본질을 더 잘 반영할 수 있는가?
• RQ2 새로운 메트릭이 기존 방법에 비해 백콜, 스킵콜, 순환 종속성을 얼마나 더 효과적으로 탐지하고 특성화하는가?
• RQ3 논리적 분리 지수는 복구된 아키텍처에서 계층 간 분리 정도를 신뢰성 있게 정량화할 수 있는가?
• RQ4 제안된 메트릭은 기존 측정 방식에 비해 정밀도와 개발자에게 실질적인 통찰을 제공하는 데서 어떤가?
• RQ5 재정의된 메트릭가 실세계 소프트웨어 시스템에서 실제 설계 의도를 얼마나 잘 반영하는가?

주요 결과

• Constore 애플리케이션은 논리적 분리 지수 0.90을 보이며 강력한 계층 구조 품질을 나타내지만, HW 컴포넌트의 상위 두 계층은 잘 분리되어 있지 않았다.
• JHotDraw 7.0.6는 논리적 분리 지수 0.93과 스킵콜 위반 지수 0.096를 기록했으며, 특정 종속 관계로 인해 다섯 개의 백콜 위반을 탐지했다.
• JFreeChart 1.0.0은 51개의 스킵콜 위반을 보였지만 순환 종속성이 없었고, 완벽한 논리적 분리 지수 1.0을 기록하여 뛰어난 계층 구조를 보였다.
• 제안된 메트릭은 JFreeChart에서 51개의 스킵콜 위반과 JHotDraw에서 다섯 개의 백콜 위반을 탐지했으며, 이는 이전 방법과 달리 종속 관계 수준의 구체적 통찰을 제공했다.
• 이전 방법과 달리, 새로운 메트릭은 위반을 유발하는 특정 종속 관계를 식별함으로써 위반 컴포넌트만을 파악하는 것보다 더 실질적인 정보를 제공했다.
• 의존성 추출 도구와 수동 검증을 통해 높은 정밀도로 종속 관계 탐지가 이루어졌으며, 이로 인해 메트릭이 민감하면서도 정확한 것으로 확인되었다.