Das Dokument behandelt verschiedene Software-Metriken, die zur Analyse von Code-Komplexität, Kopplung und Vererbung verwendet werden. Es werden historische Metriken, wie SLOC und Cyclomatic Complexity, sowie moderne Ansätze zur Identifizierung von 'Code Smells' und zur Verbesserung der Softwarequalität vorgestellt. Zudem wird auf die Notwendigkeit hingewiesen, Metriken im Kontext des jeweiligen Projekts zu interpretieren und geeignete Kombinationen zur Aufdeckung potenzieller Refaktorisierungen zu nutzen.

1. Thomas Haug
MATHEMA Software GmbH

2. 80% der
Projektkosten
fallen nach der
Entwicklung an
http://users.jyu.fi/~koskinen/smcosts.htm

4. Thin Client Thick Client
Presentation layer
Application layer
Integration layer
Database Filesystem Legacy system

5. Thin Client Thick Client
Presentation layer
KEEP IT
Application layer SIMPLE
Integration layer STUPID.
Database Filesystem Legacy system

8. © by AskDaveTaylor at flickr

9. © by D'Arcy Norman at flickr
9

10. > Process
– Test Driven Development
– Short development cycles
> Runtime Analysis
– Test Coverage
– Memory Analysis
– Deadlock Detection
– Monitoring / Logging
> Static Code Analysis
– Design and Code guidelines
– → Design- and Code Reviews
– Static analysis tools
– Metrics 10

11.  Motivation
 Metriken Überblick
 Metriken kombinieren
 Zusammenfassung, Literatur
und Werkzeuge
© Emi Yanez @ Flickr

12. 70er Jahre
Basis Metrics
SLOC Complexity ...
LOC McCabe Halstead

13. Quellcodezeilen (Source Lines of Code - SLOC)
 Physikalische Codezeilen (Lines of code - LOC)
o Abzählen von Codezeilen, Kommentare und Klammern
 Logische Codezeilen (Logical lines of code - lLOC und
Non Commented Source Statements -NCSS)
o Abzählen von Anweisungen
“Measuring programming progress by lines of code is
like measuring aircraft building progress by weight”
Bill Gates

14.  LOC vs lLOC
for (int i = 0; i < 10; i++) LOC = 2
System.out.println(i + ". value"); lLOC = 2
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
// print to console LOC = 5
System.out.println(i + ". value"); lLOC = 2
}

16.  Cyclomatic Komplexität (CC(N))
function gcd (x, y)
 McCabe, 1976
while (y>0)
p: Anzahl der Komponenten
e: Anzahl der Kanten (edges) rest = x % y
n: Anzahl der Knoten (nodes) x=y
y = rest
 Beispiel
return x
CC = 4 – 4 + 2*1 = 2

17. Original McCabe values PMD (per method)
1-10 : low complexity 1-4 : low complexity
11-20 : medium complexity 5-7 : medium complexity
21-50 : high complexity 8-10 : high complexity
> 51 : very high complexity > 11 : very high complexity
http://www.enerjy.com/blog/?p=198

18. 165 Methoden
CC > 11 : very high complexity

19. ? Kopplung ?

20. ? Kopplung ?
? Vererbung ?

21. Software Metrics
70er Jahre 90er Jahre
Basis Metrics O-O Metrics
SLOC Complexity ... CK MOOD LK ...
LOC McCabe Halstead WMC ... MHF ... ... ...

22.  Basis Metriken decken wichtige Aspekte der Objekt-Orientierung nicht ab
 OO Metriken messen alle drei Dimensionen
o Größe und Komplexität
o Kopplung
o Vererbung
 Unüberschaubare Anzahl an Metriken vorhanden (>= 375)
 Beispiel
o Chidamber und Kemerer (CK) Metric suite (1994)
WMC, CBO, DIT, NOC, RFC, LCOM
o Robert C. Martin Metrics (1994)
Coupling, Stability, Abstractness,...

23.  Weighted Method Count (WMC)
Sehr hohe Klassen-
komplexität, aber
durchschnittliche
Methodenkom-
. plexität ist niedrig
.
.
Sehr hohe Klassen-
komplexität, durch-
schnittliche Methoden-
komplexität ist hoch /
sehr hoch

24.  Coupling Between Object Classes (CBO)
 Heuristik: “Werte über 14 vermeiden“ (Sahraoui, Godin, Miceli: „Can Metrics Help
Bridging the Gap Between the Improvement of OO Design Quality and Its Automation?“)
24

25. 25
© gjeewAaytee at flickr

26. Informelle Beschreibung
der Metrik 1
Metrik 1 > Schwellwert
Potentieller
UND
Defekt
Informelle Beschreibung
der Metrik 2
Metrik 2 < Schwellwert

27.  Motivation
 Metriken Überblick
 Metriken kombinieren
 Zusammenfassung, Literatur
und Werkzeuge
© Emi Yanez @ Flickr

28. NASA Heuristik (Rosenberg et al, 1999)
 Eine Klasse sollte analysiert werden, sollten zwei
oder mehr Bedingungen erfüllt sein:
o WMC > 100
o CBO > 5
o RFC > 100 (Response for a class)
o NOM > 40
o RFC > 5 * NOM
 Spinellis empfiehlt aufgrund seiner Erfahrungen
dass mindestens drei Bedingungen erfüllt sein sollten

29. WMC > 100
CBO > 5
NASA Heuristik NOM > 40
Spring 2.5.6 (26 Klassen, aber NASA Heuristik
gibt keine Indizien, welche Defekte
gefunden wurden)

30.  Nutzen bestehende Metriken, z.B. CK-suite
 Definieren eigene Metriken, z.B. ATFD
 Haben Schwellwerte für Metriken auf Basis
o von 45 Java
und 37 C++ Projekten definiert
 Beschreiben Darstellungsmöglichkeiten
o Pyramidal Overview
o Polymetric views
o Class Blue Print
 Definieren “code smell detection
strategies” basierend auf Metriken

31.  Gleichzeitige Darstellung von mehreren Metriken
Metrik 1
Metrik 2
Artefakt 1
Metrik 3
Metrik
4
Artefakt 2

32.  System Complexity View
Beispiel
Number of
attributes (NOA)
Number of
methods
(NOM)
Class 1
Weighted
Method Count
(WMC) Inheritance
Class 2

33. AbstractEntityPersister Hibernate 3.3.2
NOA 90
NOM 299
UnionSubclassEntityPersister
NOA 14
JoinedSubclassEntityPersister NOM 41
NOA 28
NOM 44
SingleTableEntityPersister
NOA 40
NOM 55

34. Informelle Beschreibung
der Metrik 1
metric1 > threshold
UND
Informelle Beschreibung
der Metrik 2 Potentieller
Oder
Defekt
metric2 < threshold
Informelle Beschreibung
der Metrik 3
metric3 > threshold

35. Lanza und Marienscu
identity
disharmony
 Beschreiben drei unterschiedliche Kategorien von disharmonies
o Identity disharmonies
o Collaboration disharmonies collaboration
disharmony
o Classification disharmonies
 Sind teilweise an die Codegerüche von Martin Fowler angelehnt
classification
disharmony
 Designschwächen kommen oft im Verbund vor

36.  Feature Envy (Fowler) identity
o Die Methoden sind übermäßig an Daten anderer Klassen disharmony
interessiert
 Data Class (Fowler)
o Aggregieren Daten, beinhalten aber kein Verhalten
 God class (Riel / Fowler) collaboration
disharmony
o Interagieren mit vielen anderen Kassen, besitzen eine
sehr hohe Komplexität
 Brain Method
o Methode hat eine sehr hohe Komplexität und beinhaltet
große Teile der Klassen funktionalität classification
 Brain Class disharmony
o Klasse besitzt viele Brain Methods
 Significant Duplication (Fowler)
o Hoher Grad an Code Duplizierung

37. Definition
identity
disharmony
 beinhaltet fundamentale Funktionalität des Systems
o Sehr Hohe Komplexität (McCabe)
 Verwendet Daten( Wissen) anderer Klassen collaboration
disharmony
o Access to Foreign Data (ATFD)
 Besitzt zu viele Verantwortlichkeiten
o Tight Class Cohersion (TCC)
classification
disharmony
“Do not create god classes/objects in your system.
Be very suspicious of an abstraction whose name
contains Driver, Manager, System, or Subsystem.”
Arthur Riel, Object-Oriented Design
Heuristics, 1996

38. Detection strategy
identity
disharmony
Klasse nutzt Attri- ATFD Access To Foreign Data
bute anderer Klassen
TCC Tight Class Cohesion
ATFD > FEW
collaboration
disharmony
Komplexität sehr hoch
God
WMC >= VERY
UND Class
HIGH
classification
disharmony
Niedrige Kohäsion FEW = 2-5
VERY HIGH = 47 (for WMC)
TCC < ONE THIRD
ONE THIRD = 0.33

39. identity
disharmony
AbstractEntityPersister
collaboration
disharmony
classification
disharmony
SingleTableEntityPersister
JoinedSubclassEntityPersister

40. identity
disharmony
collaboration
disharmony
49
Klassen
classification
disharmony

41. identity
disharmony
collaboration
disharmony
classification
disharmony

42. identity
disharmony
collaboration
disharmony
classification
disharmony

43. identity
disharmony
collaboration
disharmony
classification
disharmony

44. identity
disharmony
collaboration
disharmony
classification
disharmony

45. identity
disharmony
collaboration
disharmony
classification
disharmony

47. identity
disharmony
collaboration
disharmony
classification
disharmony

48. identity
disharmony
collaboration
disharmony
classification
disharmony

49.  Motivation
 Metriken Überblick
 Metriken kombinieren
 Zusammenfassung, Literatur
und Werkzeuge
© Emi Yanez @ Flickr

50.  Metriken zur Analyse von
 Größe und Komplexität
 Kopplung
 Vererbung Foto: pixelio.de - Olaf Rendler
von Klassen nutzen
 Metriken können zum Aufdecken potentieller
Refaktorisierungen genutzt werden
 Durch geeignete Kombination können code smells entdeckt werden
 Komplementär zu Werkzeugen wie PMD, JDepend, FxCop,
StyleCop, …

51.  Metriken müssen immer im Kontext des Projekts
interpretiert werden
Total Lines Of Code (LOC)
350000
300000
250000
200000 Average complexity per line of
150000
100000 code
50000
0,21
0
Hibernate Hibernate Hibernate Hibernate Hibernate 0,2
3.0 3.1 3.2 3.3 3.5 0,19
Gesamtanzahl Lines Of Code (LOC) 0,18
0,17
Hibernate Hibernate Hibernate Hibernate Hibernate
3.0 3.1 3.2 3.3 3.5
Durchschnittliche Komplexitäten

52. •Code Duplizierung reduzieren
Prio 1
•Größe und Komplexität reduzieren
Prio 2
•Kopplung reduzieren
Prio 3
•Vererbungstiefe reduzieren
Prio 4

54.  JavaNCSS http://www.kclee.de/clemens/java/javancss/
 ckjm http://www.spinellis.gr/sw/ckjm/
 PMD http://pmd.sourceforge.net/
 IPlasma http://loose.upt.ro/iplasma/index.html
 InFushion http://www.intooitus.com
 InCode http://loose.upt.ro/incode/pmwiki.php/Main/Incode?from=Main.InCode
 CodeCity http://www.inf.unisi.ch/phd/wettel/codecity.html
 MOOSE http://moose.unibe.ch/
 Metrics http://metrics.sourceforge.net/
 SonarJ http://www.hello2morrow.com/products/sonarj

55. „However, a metric is not a god; it is merely
a measurement against an arbitrary standard“
Robert C. Martin

57. > Refused Parent Bequest (Fowler)
identity
– Child class only partially uses or does not use inherited disharmony
methods at all.
> Tradition Breaker
– Subclass provides a large set of new Interface methods collaboration
disharmony
which are unrelated to the services provided by the
parent class
classification
disharmony

58. > Refused Parent Bequest (Fowler) identity
> Tradition Breaker disharmony
collaboration
disharmony
classification
disharmony

59. > Shotgun Surgery (Fowler)
identity
– The suspicious method is used by many other methods disharmony
> Intensive Coupling (Fowler)
– The suspicious method heavily interacts with
few other method collaboration
disharmony
> Dispersed Coupling
– The suspicious class interacts with many other classes
classification
disharmony

60. [CM = Changing Methods] identity
Method is called by too CM: Anzahl der Methoden, die die disharmony
many methods betrachtete Methode aufrufen
CM > Short Memory Cap Short Memory Capacity = 7- 8
collaboration
disharmony
Shotgun
AND Surgery
[CC = Changing Classes]
Incoming calls are from
CC : Anzahl der Klassen, deren classification
many other classes Methoden die betrachtete disharmony
Methode aufrufen.
CC > Many
Many > 7

61. identity
disharmony
collaboration
disharmony
classification
disharmony