[论文解读] Metrics for Assessing The Design of Software Interfaces

Hani Abdeen, Osama Shata|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2013

Software Engineering Research参考文献 19被引用 4

一句话总结

本文提出了三种新型度量标准——接口相似度指数（ISI）、接口克隆指数（ICI）和接口冗余度指数（IRI）——用于检测软件接口中的设计缺陷，例如接口层次结构中的共享相似性、克隆现象以及冗余问题。作者通过在三个大型Java应用程序上开展的实证研究验证了这些度量标准的有效性，证明其能够有效识别重构候选，并提升接口设计质量。

ABSTRACT

Recent studies have largely investigated the detection of class design anomalies. They proposed a large set of metrics that help in detecting those anomalies and in predicting the quality of class design. While those studies and the proposed metrics are valuable, they do not address the particularities of software interfaces. Interfaces define the contracts that spell out how software modules and logic units interact with each other. This paper proposes a list of design defects related to interfaces: shared similarity between interfaces, interface clones and redundancy in interface hierarchy. We identify and describe those design defects through real examples, taken from well-known Java applications. Then we define three metrics that help in automatically estimating the interface design quality, regarding the proposed design anomalies, and identify refactoring candidates. We investigate our metrics and show their usefulness through an empirical study conducted on three large Java applications.

研究动机与目标

• 识别并描述特定于软件接口的设计缺陷，例如共享相似性、接口克隆以及继承层次结构中的冗余问题。
• 弥补现有度量标准的不足，这些标准聚焦于类设计，却忽视了接口特有的问题。
• 提出可自动计算、可度量的指标，用于评估接口设计质量，并指导重构工作。
• 通过在真实世界Java应用程序上实证评估所提出的度量标准，验证其实际应用价值。

提出的方法

• 作者定义了三种新度量标准：接口相似度指数（ISI），用于量化接口之间的语法和语义相似性。
• 接口克隆指数（ICI）通过比较方法签名和返回类型，在接口之间检测代码克隆。
• 接口冗余度指数（IRI）衡量接口层次结构中的结构性冗余，尤其在多重继承场景下。
• 这些度量标准被实现为静态分析启发式规则，并通过自动化分析流水线应用于真实世界的Java应用程序。
• 研究采用案例研究方法，针对三个大型开源Java应用程序评估度量标准的行为并识别重构候选。
• 度量标准的评估依据在于其识别设计异常的能力，以及与已知接口设计质量问题的相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在真实世界的Java应用程序中，接口设计缺陷（如冗余和克隆）在多大程度上存在？
• RQ2 所提出的度量标准（ISI、ICI、IRI）在检测接口特异性设计异常方面有多高效？
• RQ3 这些度量标准能否在大规模软件系统中识别出有意义的重构候选？
• RQ4 这些度量标准在区分良性与有问题的接口结构方面表现如何？

主要发现

• 所提出的度量标准在所研究的Java应用程序中成功检测到多起接口冗余和克隆现象，表明此类设计问题普遍存在。
• 接口相似度指数（ISI）有效识别出语义上相似的接口，这些接口可通过整合进行优化。
• 接口克隆指数（ICI）发现了跨接口的重复方法结构，提示存在代码复用或抽象化的潜在机会。
• 接口冗余度指数（IRI）揭示了具有冗余方法声明的深层继承层次结构，凸显了重构的潜在空间。
• 实证评估证实，这些度量标准具有实际可行性和可操作性，能为开发人员提供清晰的信号以改进接口设计。
• 研究表明，接口特异性度量标准是现有类级别设计度量标准的重要补充。