Technische Schulden in Android-Apps untersuchen

In der Welt der Softwareentwicklung bezeichnet der Begriff "Technische Schulden" die Kompromisse, die Entwickler eingehen, wenn sie sich entscheiden, eine Lösung schnell zu implementieren, anstatt einen zeitaufwendigeren, hochwertigen Ansatz zu wählen. Das passiert oft, wenn Teams Fristen einhalten oder im Budget bleiben wollen, was später zu höheren Wartungskosten und mehr Problemen in der Software führen kann. Eine Möglichkeit, wie Entwickler diese Kompromisse anerkennen können, ist, Kommentare zu ihrem Code hinzuzufügen, die als Selbstzugegebene technische Schulden (SATD) bekannt sind.

Während sich ein grosser Teil der Forschung zu SATD auf traditionelle Softwaresysteme konzentriert hat, wurden mobile Anwendungen, insbesondere die für Android entwickelten, nicht so intensiv untersucht. Bei Millionen von mobilen Apps, die heute verfügbar sind, ist es entscheidend zu verstehen, wie diese Schulden in mobilen Anwendungen auftreten.

#Der Forschungsfokus

Diese Studie untersucht, wie verbreitet SATD in Android-Apps ist und welche Arten von technischen Schulden am häufigsten vorkommen. Mit einem grossen Datensatz von Open-Source-Android-Apps soll das Vorhandensein von SATD analysiert werden und was es über die Codierpraktiken im mobilen Umfeld offenbart.

#Hintergrund

Mobile Geräte wie Smartphones und Tablets haben die Art und Weise verändert, wie die Menschen Technologie nutzen, und ermöglichen den Zugriff auf Informationen und Dienstleistungen überall und jederzeit. Android ist eines der beliebtesten mobilen Betriebssysteme und ermöglicht Entwicklern, eine Vielzahl von Anwendungen zu erstellen, auf die die Nutzer täglich angewiesen sind. Obwohl Werkzeuge und Frameworks existieren, um Entwicklern beim Erstellen dieser Apps zu helfen, kann die Codequalität leiden, wenn bewährte Praktiken ignoriert werden, was zu Problemen wie Sicherheitsanfälligkeiten und schlechter Leistung führt.

Entwickler stehen oft unter Druck, Apps schnell zu veröffentlichen, was sie dazu bringt, Abkürzungen zu nehmen, die zu technischen Schulden führen können. Diese Schulden summieren sich im Laufe der Zeit, was zu höheren Wartungskosten und einem höheren Risiko für Misserfolge führt. Das Erkennen und Dokumentieren dieser Schulden durch Kommentare im Code kann den Teams helfen, die Kompromisse zu verstehen, die sie während der Entwicklung eingehen.

#Forschungsziele

Das Hauptziel dieser Forschung ist es, das Ausmass von SATD in Android-Apps zu untersuchen und die Arten von technischen Schulden zu klassifizieren, die in diesen Anwendungen häufig sind. Durch die Analyse der Verwendung von SATD-Kommentaren hofft die Forschung, wertvolle Einblicke für Entwickler zu bieten, damit sie Bereiche innerhalb ihrer Apps identifizieren können, die anfälliger für technische Schulden sein könnten.

Die spezifischen Forschungsfragen umfassen:

1. Wie verbreitet ist SATD in Android-Apps, und wie hoch ist das typische Volumen an SATD-Kommentaren?
2. Welche Arten von SATD sind in Android-Apps vorhanden?
3. Welche Komponenten innerhalb von Android-Apps sind am häufigsten mit SATD verbunden?

#Methodologie

#Datensatz

Die Forschung nutzte einen umfassenden Datensatz von Open-Source-Android-Apps. Insgesamt wurden über 46.000 Apps für die Analyse gesammelt. Allerdings waren nicht alle Projekt-Repositorys öffentlich zugänglich, was zu einem endgültigen Datensatz von etwa 37.000 App-Repositorys führte.

#Analysieren der Quellcodes

Um SATD-Kommentare zu identifizieren, folgte die Forschung einem systematischen Prozess:

1. Java-Dateien sammeln: Die Forscher durchsuchten alle Verzeichnisse der geklonten Projekte und konzentrierten sich auf Dateien mit der Erweiterung ".java". Insgesamt wurden über 1,3 Millionen Java-Dateien abgerufen.

2. Kommentare identifizieren: Mit einem Code-Analyse-Tool wurden Kommentare innerhalb der Java-Dateien extrahiert. Dazu gehörten Zeilenkommentare, Blockkommentare und JavaDoc-Kommentare. Die Forscher fanden insgesamt Millionen von Kommentaren.

3. SATD erkennen: Ein spezialisiertes Tool wurde verwendet, um zu identifizieren, welche Kommentare als SATD qualifiziert wurden. Dieses Tool basierte auf Techniken der natürlichen Sprachverarbeitung, um die Kommentare zu analysieren und entsprechend zu klassifizieren.

4. Ergebnisse analysieren: Weitere Analysen wurden durchgeführt, um Metriken wie die Anzahl der Kommentare pro Datei und die identifizierten SATD-Typen zu extrahieren.

#Ergebnisse

#Verbreitung von SATD

Aus der Analyse des Datensatzes ergab sich, dass eine signifikante Anzahl von Android-Apps SATD-Kommentare enthielt. Ungefähr 43 % der analysierten Apps hatten mindestens einen SATD-Kommentar, wobei die meisten Apps eine mediane Anzahl von vier SATD-Kommentaren pro Anwendung aufwiesen. Das deutet auf eine moderate Präsenz technischer Schulden unter Android-Entwicklern hin, obwohl sie im Vergleich zu traditionellen, nicht mobilen Systemen niedriger ist.

SATD-Kommentare machten etwa 6 % aller Kommentare in den untersuchten Apps aus. Das hebt immer noch zugrunde liegende Probleme mit der Codequalität und den Praktiken der Entwickler im Android-App-Umfeld hervor.

#Arten von SATD

Die Studie identifizierte sieben Kategorien von SATD-Kommentaren, die jeweils eine andere Form technischer Schulden darstellen. Die häufigsten Typen waren:

1. Code-Schulden: Diese Kategorie war die häufigste und stellte Kommentare dar, die sich auf Workarounds oder Abkürzungen bezogen, die von Entwicklern genommen wurden. Diese Kommentare beschrieben typischerweise Probleme oder Mängel im Code, die später behoben werden mussten.

2. Design-Schulden: Kommentare in dieser Kategorie deuteten auf die Notwendigkeit besserer Designpraktiken oder einer Überarbeitung des bestehenden Codes hin, um Struktur und Lesbarkeit zu verbessern.

3. Anforderungs-Schulden: Dies bezog sich auf Kommentare, die unvollständige oder fehlende Funktionen innerhalb einer App feststellten und oft darauf hinwiesen, dass bestimmte Funktionen nicht vollständig implementiert worden waren.

4. Defekt-Schulden: Kommentare, die hier kategorisiert wurden, wiesen auf bekannte Fehler oder Probleme innerhalb der App hin und hoben Arbeiten hervor, die noch zu erledigen waren oder Bugs, die behoben werden mussten.

5. Dokumentations-Schulden: Diese Kategorie beinhaltete Kommentare, in denen Entwickler zugaben, dass es an ausreichender Dokumentation mangelte oder dass Anmerkungen zur Klarheit des Codes erforderlich waren.

6. Test-Schulden: Kommentare in dieser Kategorie notierten das Fehlen von Tests für verschiedene Komponenten der App und erkannte an, dass Tests durchgeführt oder verbessert werden mussten.

7. Unklassifizierbare Schulden: Einige Kommentare waren zu vage oder unvollständig, um in die vorherigen Kategorien zu passen, deuteten aber dennoch auf ein Bewusstsein für technische Schulden hin.

Die Häufigkeit von Code-Schulden in den Ergebnissen deutet darauf hin, dass Entwickler oft bei der Codequalität Kompromisse eingehen, um sofortige Ziele zu erreichen, was die Notwendigkeit besserer Praktiken in der mobilen App-Entwicklung betont.

#Komponenten, die oft mit SATD verbunden sind

Zusätzlich zur Klassifizierung der Arten von SATD untersuchte die Studie auch, welche Komponenten innerhalb von Android-Apps am häufigsten mit technischen Schulden assoziiert sind. Die Analyse ergab vier Hauptkategorien im Zusammenhang mit SATD:

1. Android SDK API: Viele SATD-Kommentare betrafen Probleme in Bezug auf spezifische Android-Funktionen oder -Komponenten, was auf die Komplexität und Herausforderungen hinweist, denen Entwickler beim Arbeiten mit dem Android-Framework gegenüberstehen.

2. Allgemeine Benutzeroberflächenelemente: Kommentare bezogen sich oft auf Benutzeroberflächenkomponenten und hoben Bereiche hervor, in denen Verbesserungen oder neue Funktionen erforderlich waren.

3. Allgemeine Programmierkonzepte: Diese Kategorie umfasste Kommentare zu Programmierpraktiken oder Problemen, die über die mobile Entwicklung hinausgingen, wie Refactoring oder Fehlerbehandlung.

4. Hardware-Integration: Kommentare über Interaktionen mit spezifischen Hardwarekomponenten oder Gerätefunktionen waren ebenfalls häufig, was die Herausforderungen bei der Unterstützung verschiedener Geräte und Konfigurationen verdeutlicht.

#Implikationen und zukünftige Richtungen

Die Ergebnisse dieser Forschung haben erhebliche Auswirkungen sowohl auf Entwickler als auch auf die breitere Forschungscommunity. Sie heben die Notwendigkeit besserer Werkzeuge und Praktiken hervor, die Android-Entwicklern helfen können, technische Schulden effektiv zu verwalten.

#Erkenntnis 1: Integration von Tools in Entwicklungsworkflows

Eine wichtige Empfehlung ist, dass Entwickler SATD-Erkennungstools in ihre Entwicklungsprozesse integrieren sollten. Das könnte helfen, technische Schulden in Echtzeit zu erkennen, sodass Teams Probleme angehen können, bevor sie sich ansammeln und zu grösseren Problemen führen.

#Erkenntnis 2: Forschung zu mobilen technischen Schulden ausweiten

Diese Studie unterstreicht die Notwendigkeit, weitere Forschungen zu den spezifischen Herausforderungen und technischen Schulden, die mit mobiler Entwicklung verbunden sind, durchzuführen. Durch ein besseres Verständnis dieser Probleme kann die Gemeinschaft gezielte Werkzeuge und Techniken entwickeln, die die Entwickler im mobilen Umfeld unterstützen.

#Erkenntnis 3: Verfeinerung von Refactoring-Tools

Die Ergebnisse deuten auf Möglichkeiten hin, effektivere Refactoring-Tools zu schaffen, die speziell auf die Bedürfnisse mobiler App-Entwickler zugeschnitten sind. Durch die Fokussierung auf die einzigartigen Herausforderungen der mobilen Entwicklung könnten diese Tools besser helfen, technische Schulden zu verwalten und zu reduzieren.

#Erkenntnis 4: Nutzung von Code-Reviews

Schliesslich ist es wichtig, dass Teams regelmässige Code-Reviews neben der Verwendung automatisierter Tools durchführen. Diese Praxis kann helfen, Probleme im Zusammenhang mit technischen Schulden und der allgemeinen Codequalität zu erkennen.

#Fazit

Diese Forschung hat aufgezeigt, wie selbstzugegebene technische Schulden in Android-Apps vorkommen, und zeigt, dass diese Apps mit Herausforderungen konfrontiert sind, die den traditionellen Systemen ähnlich sind, aber es gibt bemerkenswerte Unterschiede im Volumen und der Art der Schulden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Entwickler häufig bei der Codequalität Kompromisse eingehen, hauptsächlich durch Workarounds und unzureichende Dokumentation.

Durch die Hervorhebung der Arten von Schulden und der Komponenten, die häufig mit ihnen verbunden sind, bietet diese Studie eine Grundlage für zukünftige Forschung und praktische Verbesserungen in der mobilen App-Entwicklung und -Wartung. Die Notwendigkeit, diese Probleme anzugehen, ist entscheidend, da die Qualität und Zuverlässigkeit mobiler Anwendungen in der heutigen technologiegetriebenen Welt von grösster Bedeutung bleibt.

Während sich die mobile Landschaft weiterentwickelt, wird fortlaufende Forschung entscheidend sein, um besser zu verstehen, wie Entwickler technische Schulden effektiv verwalten können und die Schaffung hochwertiger mobiler Anwendungen unterstützen können.