[論文レビュー] Automated Debugging In Java Using OCL And JDI

David J. Murray, Dale E. Parson|ArXiv.org|Jan 3, 2001

Model-Driven Software Engineering Techniques参考文献 12被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、Javaにおける自動デバッグのための画期的な非侵襲的アプローチを提示する。正しさの制約を指定するためにオブジェクト制約言語（OCL）を、実行時検証のためにJavaデバッグインターフェース（JDI）を用いる。OCLを形式的仕様に、JDIを安全で副作用のない実行時チェックに活用することで、ソースコードの変更やカスタムJVMの必要なしに、違反の自動検出が可能となる。プロトタイプのオーディット・アドバイザーにより実証された。

ABSTRACT

Correctness constraints provide a foundation for automated debugging within object-oriented systems. This paper discusses a new approach to incorporating correctness constraints into Java development environments. Our approach uses the Object Constraint Language ("OCL") as a specification language and the Java Debug Interface ("JDI") as a verification API. OCL provides a standard language for expressing object-oriented constraints that can integrate with Unified Modeling Language ("UML") software models. JDI provides a standard Java API capable of supporting type-safe and side effect free runtime constraint evaluation. The resulting correctness constraint mechanism: (1) entails no programming language modifications; (2) requires neither access nor changes to existing source code; and (3) works with standard off-the-shelf Java virtual machines ("VMs"). A prototype correctness constraint auditor is presented to demonstrate the utility of this mechanism for purposes of automated debugging.

研究の動機と目的

• Java開発に形式的正しさ制約を統合する課題に、言語やランタイムの変更なしに対処すること。
• 標準的で市販のJava仮想マシンを用いて、実行中にソフトウェア欠陻を自動検出すること。
• 型安全で副作用のないオブジェクト指向制約の実行時検証のメカニズムを提供すること。
• OCL経由でUMLモデルと統合し、モデル駆動開発の実践を支援すること。
• JDIとOCLを基盤とするプロトタイプの正しさ制約オーディターを用いて、実現可能性を実証すること。

提案手法

• UMLベースのソフトウェアモデルの一部として、形式的正しさ制約をオブジェクト制約言語（OCL）で表現すること。
• 実行中のJava仮想マシンを検査・監視するための標準的で型安全なAPIとして、Javaデバッグインターフェース（JDI）を活用すること。
• JDIを介してランタイム環境をインストルメント化し、ソースコードやJVMの挙動を変更せずにOCL制約を評価すること。
• 実行中にオブジェクトの状態を観測し、OCLの不変条件、事前条件、事後条件をチェックする制約オーディターを実装すること。
• JDIの読み取り専用検査機能に依存することで、すべての制約評価が副作用のないことを保証すること。
• 標準的で市販のJava仮想マシンと互換性があるように設計すること。JVMの変更は不要である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的なJava環境において、OCLで表現された正しさ制約を効果的かつ安全に実行時に行う評価が可能か？
• RQ2 OCL制約をソースコードやJVMの変更なしにJava開発に統合する方法は何か？
• RQ3 JDIは、型安全で副作用のないオブジェクト指向制約の実行時検証をどのように可能にするか？
• RQ4 OCLとJDIを基盤とするプロトタイプのオーディターは、プログラム実行中に制約違反を効果的に検出できるか？
• RQ5 提案手法は、UMLモデリングおよびモデル駆動開発ワークフローとの統合をどのように支援するか？

主な発見

• 本手法により、標準的なJavaツールとJDI APIを用いて、OCL制約の実行時評価が可能となり、自動デバッグが実現された。
• Javaプログラミング言語やJVMの変更は一切不要であり、既存システムとの互換性が保たれた。
• 制約オーディターのプロトタイプは、実際のJavaアプリケーションにおいてOCL制約の実行時検証が実現可能で実用的であることを示した。
• すべての制約評価が副作用のないため、デバッグがプログラムの挙動を変更しないことが保証された。
• OCLを介したUMLモデルとの統合により、設計仕様と実行時挙動の整合性が保証された。
• システムは標準的で市販のJava仮想マシン上で動作するため、特別な設定なしに本番環境および開発環境に導入可能である。