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Technical and Methodological Improvements to Mining Software Repositories

  • Empirical studies in software engineering use software repositories as data sources to understand software development. Repository data is either used to answer questions that guide the decision-making in the software development, or to provide tools that help with practical aspects of developers’ everyday work. Studies are classified into the field of Empirical Software Engineering (ESE), and more specifically into Mining Software Repositories (MSR). Studies working with repository data often focus on their results. Results are statements or tools, derived from the data, that help with practical aspects of software development. This thesis focuses on the methods and high order methods used to produce such results. In particular, we focus on incremental methods to scale the processing of repositories, declarative methods to compose a heterogeneous analysis, and high order methods used to reason about threats to methods operating on repositories. We summarize this as technical and methodological improvements. We contribute the improvements to methods and high-order methods in the context of MSR/ESE to produce future empirical results more effectively. We contribute the following improvements. We propose a method to improve the scalability of functions that abstract over repositories with high revision count in a theoretically founded way. We use insights on abstract algebra and program incrementalization to define a core interface of highorder functions that compute scalable static abstractions of a repository with many revisions. We evaluate the scalability of our method by benchmarks, comparing a prototype with available competitors in MSR/ESE. We propose a method to improve the definition of functions that abstract over a repository with a heterogeneous technology stack, by using concepts from declarative logic programming and combining them with ideas on megamodeling and linguistic architecture. We reproduce existing ideas on declarative logic programming with languages close to Datalog, coming from architecture recovery, source code querying, and static program analysis, and transfer them from the analysis of a homogeneous to a heterogeneous technology stack. We provide a prove-of-concept of such method in a case study. We propose a high-order method to improve the disambiguation of threats to methods used in MSR/ESE. We focus on a better disambiguation of threats, operationalizing reasoning about them, and making the implications to a valid data analysis methodology explicit, by using simulations. We encourage researchers to accomplish their work by implementing ‘fake’ simulations of their MSR/ESE scenarios, to operationalize relevant insights about alternative plausible results, negative results, potential threats and the used data analysis methodologies. We prove that such way of simulation based testing contributes to the disambiguation of threats in published MSR/ESE research.
  • Empirische Studien in der Softwaretechnik verwenden Software Repositories als Datenquellen, um die Softwareentwicklung zu verstehen. Repository-Daten werden entweder verwendet, um Fragen zu beantworten, die die Entscheidungsfindung in der Softwareentwicklung leiten, oder um Werkzeuge bereitzustellen, die bei praktischen Aspekten der Entwicklung helfen. Studien werden in die Bereiche Empirical Software Engineering (ESE) und Mining Software Repositories (MSR) eingeordnet. Häufig konzentrieren sich Studien, die mit Repository-Daten arbeiten, auf deren Ergebnisse. Ergebnisse sind aus den Daten abgeleitete Aussagen oder Werkzeuge, die bei der Softwareentwicklung helfen. Diese Dissertation konzentriert sich hingegen auf die Methoden und High-Order-Methoden, die verwendet werden, um solche Ergebnisse zu erzielen. Insbesondere konzentrieren wir uns auf inkrementelle Methoden, um die Verarbeitung von Repositories zu skalieren, auf deklarative Methoden, um eine heterogene Analyse durchzuführen, und auf High-Order-Methoden, die verwendet werden, um Bedrohungen für Methoden, die auf Repositories arbeiten, zu operationalisieren. Wir fassen dies als technische und methodische Verbesserungen zusammen um zukünftige empirische Ergebnisse effektiver zu produzieren. Wir tragen die folgenden Verbesserungen bei. Wir schlagen eine Methode vor, um die Skalierbarkeit von Funktionen, welche über Repositories mit hoher Revisionszahl abstrahieren, auf theoretisch fundierte Weise zu verbessern. Wir nutzen Erkenntnisse aus abstrakter Algebra und Programminkrementalisierung, um eine Kernschnittstelle von Funktionen höherer Ordnung zu definieren, die skalierbare statische Abstraktionen eines Repositorys mit vielen Revisionen berechnen. Wir bewerten die Skalierbarkeit unserer Methode durch Benchmarks, indem wir einen Prototyp mit MSR/ESE Wettbewerbern vergleichen. Wir schlagen eine Methode vor, um die Definition von Funktionen zu verbessern, die über ein Repository mit einem heterogenen Technologie-Stack abstrahieren, indem Konzepte aus der deklarativen Logikprogrammierung verwendet werden, und mit Ideen zur Megamodellierung und linguistischen Architektur kombiniert werden. Wir reproduzieren bestehende Ideen zur deklarativen Logikprogrammierung mit Datalog-nahen Sprachen, die aus der Architekturwiederherstellung, der Quellcodeabfrage und der statischen Programmanalyse stammen, und übertragen diese aus der Analyse eines homogenen auf einen heterogenen Technologie-Stack. Wir liefern einen Proof-of-Concept einer solchen Methode in einer Fallstudie. Wir schlagen eine High-Order-Methode vor, um die Disambiguierung von Bedrohungen für MSR/ESE Methoden zu verbessern. Wir konzentrieren uns auf eine bessere Disambiguierung von Bedrohungen durch Simulationen, indem wir die Argumentation über Bedrohungen operationalisieren und die Auswirkungen auf eine gültige Datenanalysemethodik explizit machen. Wir ermutigen Forschende, „gefälschte“ Simulationen ihrer MSR/ESE-Szenarien zu erstellen, um relevante Erkenntnisse über alternative plausible Ergebnisse, negative Ergebnisse, potenzielle Bedrohungen und die verwendeten Datenanalysemethoden zu operationalisieren. Wir beweisen, dass eine solche Art des simulationsbasierten Testens zur Disambiguierung von Bedrohungen in der veröffentlichten MSR/ESE-Forschung beiträgt.

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Metadaten
Author:Johannes Härtel
URN:urn:nbn:de:hbz:kob7-24524
Referee:Ralf Lämmel
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2024/02/09
Date of publication:2024/02/09
Publishing institution:Universität Koblenz, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz, Fachbereich 4
Date of final exam:2023/09/04
Release Date:2024/02/09
Number of pages:iv, 176
Institutes:Fachbereich 4 / Institut für Informatik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG