Usar rastros de pila para mejorar la localización de errores

Encontrar y arreglar errores de software es clave para mantener a los usuarios contentos. Arreglar errores toma tiempo y puede costar un montón de dinero. Los desarrolladores necesitan herramientas que les ayuden a encontrar errores rápida y precisamente. Un método llamado Localización de Fallas Basada en Espectro (SBFL) funciona bien cuando hay pruebas que muestran dónde están los errores. Pero a veces, estas pruebas no están disponibles, haciendo que SBFL sea menos efectivo.

Cuando ocurren errores, los desarrolladores a menudo reciben informes que incluyen trazas de pila. Una traza de pila es un registro de las llamadas a métodos que el programa realizó justo antes del error. Esta información puede ayudar a los desarrolladores a entender qué salió mal. En este artículo, vamos a hablar sobre cómo usar las trazas de pila cuando no hay pruebas que fallen para localizar mejor los errores.

#La Importancia de Arreglar Errores

Arreglar errores de software es un must para cualquier proyecto de software. Los errores pueden llevar a malas experiencias de usuario, caídas y una pérdida de confianza en el software. Arreglarlos puede retrasar el desarrollo y aumentar costos. Muchos desarrolladores pasan mucho tiempo buscando errores, por eso encontrar maneras eficientes de hacerlo es crítico.

#Técnicas de Localización de Fallas

Hay muchas formas de encontrar errores en el software, pero algunos métodos funcionan mejor que otros. Un método popular se llama Localización de Fallas Basada en Espectro (SBFL). Este método observa cómo diferentes pruebas se desempeñan en el código. Compara lo que sucede durante pruebas que pasan y pruebas que fallan para averiguar qué partes del código tienen más probabilidades de estar defectuosas.

Sin embargo, SBFL depende mucho de tener pruebas que fallen cuando ocurre un error. En el mundo real, especialmente en entornos de desarrollo acelerado, estas pruebas que fallan no siempre están presentes. Como resultado, los desarrolladores pueden tener problemas para localizar la fuente exacta del error.

#¿Qué son las Trazas de Pila?

Cuando el software falla o tiene problemas, a menudo proporciona una traza de pila. Esta traza muestra la secuencia de llamadas a métodos en el programa en el momento del error. Puede ofrecer información valiosa sobre dónde ocurrió el error y qué método se estaba ejecutando. Los desarrolladores usan trazas de pila para solucionar problemas, ya que proporcionan contexto sobre lo que salió mal.

Por ejemplo, si un programa de software lanza un error al leer un archivo, la traza de pila podría mostrar todos los métodos que se llamaron justo antes de ese error. Esta información puede ayudar al desarrollador a identificar dónde enfocarse en sus esfuerzos de depuración.

#La Brecha en SBFL

Aunque SBFL es útil, su efectividad disminuye significativamente cuando no hay pruebas fallidas relacionadas con un error. Este escenario es común en el desarrollo de software real, especialmente para software que se está actualizando continuamente. Sin pruebas fallidas, SBFL no puede distinguir entre código defectuoso y no defectuoso, lo que dificulta identificar la fuente del error.

#Nuestro Enfoque

Para abordar esta brecha, sugerimos usar trazas de pila como sustituto de pruebas fallidas en SBFL. Nuestra investigación indica que la mayoría de los errores reportados con trazas de pila proporcionan información valiosa sobre lo que ha salido mal en el programa. Al usar esta información, podemos desarrollar un nuevo método que utiliza trazas de pila para mejorar la localización de fallas.

#Resumen del Estudio

En nuestro estudio, nos centramos en un conjunto de datos conocido como Defects4J, que contiene informes reales de errores de varios proyectos de software. Examinamos estos informes para determinar cuántos incluían trazas de pila y cuán útil era esta información para localizar errores.

#Hallazgos Clave

1. Disponibilidad Limitada de Pruebas Fallidas: De los informes de errores que analizamos, solo un pequeño porcentaje (alrededor del 3.33%) contenía pruebas que podrían desencadenar la falla. Esto significa que los métodos tradicionales de SBFL tendrían problemas para funcionar eficazmente con estos informes.

2. Trazas de Pila como Recursos Valiosos: Las trazas de pila a menudo estaban directamente relacionadas con las correcciones de errores. En muchos casos (98.3%), la intención de arreglar el error se alineaba con la información en la traza de pila. Esto muestra que las trazas de pila pueden ser un buen recurso para identificar errores.

3. Proximidad de Errores a las Trazas de Pila: Encontramos que los métodos con errores a menudo estaban cerca de los métodos registrados en las trazas de pila. En promedio, la distancia entre los métodos de la traza de pila y los métodos defectuosos era de solo 0.34 llamadas, lo que indica que las trazas de pila pueden guiar a los desarrolladores a la ubicación del error de manera efectiva.

#Presentando SBEST

Para aprovechar al máximo la información de las trazas de pila, desarrollamos un nuevo enfoque llamado Localización Basada en Espectro Mejorada por Trazas de Pila (SBEST). Este método integra datos de trazas de pila con información de Cobertura de Pruebas para mejorar la localización de fallas.

En SBEST, aprovechamos los caminos de llamada detallados registrados en las trazas de pila. En lugar de depender únicamente de pruebas fallidas, usamos el contexto proporcionado por las trazas de pila para identificar qué métodos son más propensos a tener fallas.

#Evaluación de SBEST

Comparamos SBEST con métodos tradicionales de SBFL y encontramos que se desempeñó significativamente mejor. Mientras que los métodos tradicionales tenían problemas debido a la falta de pruebas fallidas, SBEST utilizó la información de la traza de pila de manera efectiva para localizar errores.

Para nuestro análisis, usamos varias métricas para medir la efectividad de nuestro enfoque. Observamos cuántos errores podían ser localizados dentro de los primeros rangos de nuestros resultados. En total, SBEST identificó con éxito errores en los primeros 1, 3 y 5 rankings mucho más a menudo que SBFL tradicional.

#Resultados y Discusión

1. Comparación con Métodos Tradicionales: SBEST superó a los métodos tradicionales de SBFL, especialmente en casos donde no había pruebas fallidas. Esto destaca la importancia de integrar la información de trazas de pila en el proceso de localización de fallas.

2. Dependencia de las Trazas de Pila: Las trazas de pila solas fueron capaces de identificar más de la mitad de los errores en los primeros 5 rankings. Este hallazgo enfatiza que las trazas de pila son una fuente rica de información que los desarrolladores deberían usar.

3. Integración de Información de Cobertura: Al combinar la información de trazas de pila con datos de cobertura de pruebas, logramos resultados aún mejores. Esta integración nos permitió obtener una comprensión más clara del comportamiento del sistema en el momento de la falla.

4. Implicaciones Prácticas: Nuestros hallazgos sugieren que los desarrolladores deberían priorizar las trazas de pila durante la depuración, especialmente cuando carecen de pruebas fallidas. Este enfoque puede ahorrar tiempo y esfuerzo al localizar errores.

#Direcciones Futuras

Todavía hay espacio para mejorar las técnicas de localización de fallas. Trabajos futuros podrían explorar cómo refinar aún más el uso de trazas de pila y cobertura de pruebas en la identificación de errores. Planeamos expandir nuestro análisis para incluir más conjuntos de datos y diferentes tipos de software.

Además, desarrollar herramientas automatizadas que aprovechen nuestros hallazgos podría ayudar a los desarrolladores a acceder rápidamente a la información de trazas de pila, mejorando su capacidad para corregir errores de manera eficiente.

#Conclusión

Localizar y arreglar errores es una tarea crítica en el desarrollo de software. Los métodos tradicionales de SBFL pueden enfrentar desafíos cuando las pruebas fallidas no están disponibles. Sin embargo, las trazas de pila ofrecen información valiosa que puede guiar a los desarrolladores en la solución de problemas. Nuestra investigación muestra que al integrar la información de trazas de pila con la cobertura de pruebas, podemos mejorar significativamente los esfuerzos de localización de fallas. Este enfoque no solo aborda las brechas en los métodos tradicionales, sino que también empodera a los desarrolladores con mejores herramientas para mantener la calidad del software.