[论文解读] Context-Oriented Programming: A Programming Paradigm for Autonomic Systems

Guido Salvaneschi, Carlo Ghezzi+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2011

Advanced Software Engineering Methodologies参考文献 48被引用 25

一句话总结

本文提出上下文导向编程（COP）作为一种新型编程范式，旨在实现自适应系统中的动态软件自适应。通过允许基于上下文条件的运行时行为修改，利用一等上下文构造，COP 简化了自适应软件的实现，在表达能力和可维护性方面优于传统的面向切面编程方法，如在自适应用户界面的案例研究中所展示的那样。

ABSTRACT

Dynamic software adaptability is one of the central features leveraged by autonomic computing. However, developing software that changes its behavior at run time adapting to the operational conditions is a challenging task. Several approaches have been proposed in the literature to attack this problem at different and complementary abstraction levels: software architecture, middleware, and programming level. We focus on the support that ad-hoc programming language constructs may provide to support dynamically adaptive behaviors. We introduce context-oriented programming languages and we present a framework that positions the supported paradigm in the MAPE-K autonomic loop. We discuss the advantages of using context-oriented programming languages instead of other mainstream approaches based on dynamic aspect oriented programming languages and present a case study that shows how the proposed programming style naturally fits dynamic adaptation requirements. Finally, we discuss some known problems and outline a number of open research challenges.

研究动机与目标

• 解决基于运行时操作条件动态调整软件行为的挑战。
• 提出一种编程范式——上下文导向编程（COP），在语言级别提供对动态自适应的一等支持。
• 将 COP 置于自适应计算的 MAPE-K 循环中，使其与自管理系统的原理保持一致。
• 通过表达能力和可维护性方面的对比，展示 COP 相较于现有方法（尤其是动态面向切面编程）的优势。
• 识别在设计和部署上下文感知软件系统方面存在的开放研究挑战。

提出的方法

• 将上下文导向编程引入为一种语言级别的范式，其中行为根据运行时上下文动态绑定。
• 使用一个将 COP 集成到 MAPE-K 反馈回路中的框架，实现在自适应系统中的上下文感知自适应。
• 采用一等上下文构造，允许方法根据当前上下文被重新定义，从而支持动态分派。
• 将该范式应用于自适应用户界面的案例研究，展示行为如何随上下文变化而改变。
• 将 COP 与动态面向切面编程进行比较，突出其在处理横切关注点方面更好的封装性和模块化。
• 为上下文绑定和方法解析定义形式化模型，支持运行时上下文切换和方法重新定义。

实验结果

研究问题

• RQ1 编程语言如何更好地支持自适应系统中的动态自适应？
• RQ2 现有方法（如面向切面编程）在处理上下文相关行为方面存在哪些局限性？
• RQ3 一等上下文构造能否提高自适应软件的表达能力和可维护性？
• RQ4 上下文导向编程如何集成到自适应计算的 MAPE-K 反馈回路中？
• RQ5 在设计和部署上下文感知软件系统方面，关键挑战和开放问题是什么？

主要发现

• 与动态面向切面编程相比，上下文导向编程为动态自适应提供了更模块化和可维护的解决方案。
• 案例研究表明，COP 天然支持自适应用户界面行为，例如根据上下文变化调整布局或功能。
• COP 支持细粒度的、上下文特定的方法重新定义，提升了代码清晰度和关注点分离。
• 该框架成功将 COP 构造映射到 MAPE-K 循环中，表明其与自适应系统设计原则的兼容性。
• 本文识别出若干开放挑战，包括高效的上下文管理、上下文交互的推理以及工具链支持。
• 通过显式上下文绑定，该方法减轻了在自适应系统中管理横切关注点的认知负担。