Ivan Grachev, Andrey Solovev, Vladimir State University, Vladimir

1. Статический ааннааллиизз
ууппррааввллеенниияя ттррааннззааккцциияяммии
вв ппррииллоожжеенниияяхх ддлляя
ппллааттффооррммыы JJaavvaa EEEE
ИИ..ВВ.. ГГррааччеевв,, АА..АА.. ССооллооввььеевв
ВВллааддииммииррссккиийй ггооссууддааррссттввеенннныыйй ууннииввееррссииттеетт
ииммееннии ААллееккссааннддрраа ГГррииггооррььееввииччаа ии
ННииккооллааяя ГГррииггооррььееввииччаа ССттооллееттооввыыхх,, ккааффееддрраа ИИССППИИ

2. 2
Управление транзакциями на
платформе Java EE (EJB-компоненты)
• Декларативное
> Транзакционный атрибут
> Запрещено программное
управление, в т.ч. на
уровне менеджера
ресурсов
• Программное
> javax.transaction.
UserTransaction
> Запрещено управление на
уровне менеджера
ресурсов
Значение транзакционного
атрибута
Клиентская транзакция Транзакция, связанная с
методом компонента
NOT_SUPPORTED Нет нет
Т1 нет
REQUIRED Нет Т1
Т1 Т1
SUPPORTS Нет нет
Т1 Т1
REQUIRES_NEW Нет Т1
Т1 Т2
MANDATORY Нет ошибка
Т1 Т1
NEVER Нет нет
Т1 ошибка
№
п/п
Транзакция клиента Транзакции, связанная с
экземпляром компонента
Транзакция, связанная с
вызванным методом
1 Нет Нет Нет
2 Т1 Нет Нет
3 Нет Т2 Т2
4 Т1 Т2 Т2

3. 3
Сложности в понимании управления
транзакциями → потенциальные ошибки в коде
• Дисциплина «Распределенные программные системы»
• Задание на анализ декларативного управления транзакциями
> 1) В рамках каких транзакций
будут выполняться
бизнес-методы компонентов?
> 2) Как и почему завершатся
транзакции?
• Распределенная транзакция в курсовом проекте

4. 4
Накладные расходы на
управление транзакциями
• Результаты бенчмарка:
Сценарий Ø → Ø Ø → T1 T1 → T1 T1 → T2 T1 → Ø
Среднее время
прогона, с. 0,339 0,787 0,441 0,793 0,350
Доверительный
интервал, с. ±0,035 ±0,057 ±0,035 ±0,054 ±0,031
> Ø → T1 медленнее Ø → Ø на 132%
> T1 → T1 медленнее Ø → Ø на 23%

5. 5
Цель
• Улучшение качества программных систем (ПС) на базе
платформы Java EE путем выявления ошибочного и
неэффективного управления транзакциями
• Динамический анализ
> Сбор данных с работающей системы
> Инструментация, JMX, JVMPI/JVMTI, готовые решения
> Сложно обнаружить все возможные варианты поведения
• Статический анализ
> Изучение исходного и байт-кода
> Можно применять на ранних этапах разработки
> Не требуется развертывание ПС

6. 6
Существующие исследования и
решения
• Статический анализ
> Trofin 2007
> Исключение избыточных обращений из EJB View к контейнеру
> «Открытый мир» → вероятностные решения
> Krebs 2012
> Плагин VERA для Eclipse, выполняющий анализ Java Enterprise App
• Динамический анализ
> HP OpenView Transaction Analyzer, dynaTrace, …
• Комбинированный подход
> eoSense основан на методике Derived Model Analysis
> Статический анализ формирует абстрактную модель компонентов ПС
> В runtime в модель добавляются службы платформы J2EE и ресурсы
> Триггеры на последовательности событий в модели

7. 7
Результаты анализа управления
транзакциями
• Решения по методам компонентов:
Decisions = {ERROR, WARNING, REDUNDANCY},
– ERROR – фрагмент ведет к аварийному завершению
– WARNING – требуется внимание разработчика
– REDUNDANCY – избыточное управление транзакциями
• Модель транзакционных контекстов
– И ее визуализация

8. Анализ управления транзакциями (1)
• Этап 1 - построение графа вызовов Java-кода
> Ребра, исходящие из одной вершины-метода, упорядочены
> Условные и циклические операторы не учитываются
• Этап 2 - модификация графа вызовов
8
> Полиморфные вызовы
→ конкретные
реализации
> Вершины без
входящих дуг
являются
точками входа

9. Анализ управления транзакциями (2)
• Этап 3 - построение модели транзакционных
9
контекстов
> Развернутый граф вызовов
> Множество обнаруженных в нем транзакционных контекстов
> Порядковый номер, тип управления (программное либо декларативное),
флаги завершенности и неопределенного поведения, множество вершин-
методов, множество решений по контексту
> Множество решений по методам ПС
> Рекурсивный обход вершин-методов графа вызовов,
начиная с точек входа в ПС
> Обработка исходящих дуг: симуляция действий сервера
приложений Java EE по управлению транзакциями
> Рекурсивные вызовы метода обрабатываются, пока не
повторяется поведение по переключению транзакционного
контекста → алгоритм является конечным

10. 10
Прототип анализатора

11. 11
Визуализация модели
транзакционных контекстов

12. 12
Направления развития
• Расширение поддерживаемых возможностей
платформы Java EE 7
• MDB как точки входа, обработка сообщений в JMS,
@Transactional для CDI-компонентов
• Верификация свойств атомарности и
согласованности транзакций ПС
– Вывод утверждений о совместной либо раздельной
обработке сущностей в транзакциях ПС
– Сопоставление с заданными инвариантами
• Например, запись в журнал — всегда в отдельной
транзакции
• Гарантия распределенной транзакции

13. 13
Спасибо!
ivgratchev@rambler.ru

14. Анализ управления транзакциями (1)
• Этап 1 - построение графа вызовов
14
– Исходные данные:
• Абстрактное синтаксическое дерево Java-кода (формируется
MoDisco)
• Установочные XML-дескрипторы
– С вершиной графа вызовов связаны:
• сигнатура метода
• тип данных, для которого определен данный метод
• набор метаданных, связанных с методом (аннотации и
настройки из XML-дескрипторов)
– Ребра, исходящие из одной вершины-метода,
упорядочены
– Условные и циклические операторы не учитываются

15. Анализ управления транзакциями (2)
• Этап 2 - модификация графа вызовов
15
– В результирующем графе вызовов
• Вызовы методов, полиморфные в рамках анализируемой
ПС, заменены на конкретные реализации
– Определяются в результате анализа
метаданных и исходного кода
• Все вершины-методы без входящих дуг являются
точками входа
– Точка входа — метод, с которого Java EE-
приложение по запросу клиента начинает
выполняться в управляемом контейнером
режиме

16. 16
Анализ управления транзакциями
(3)

17. 17
Анализ управления транзакциями
(4)
• Этап 3 - построение модели транзакционных
контекстов
> Развернутый граф вызовов
G
G’
> Множество обнаруженных в нем транзакционных контекстов
> Порядковый номер, тип управления (программное либо
декларативное), флаги завершенности и неопределенного
поведения, множество вершин-методов, множество решений по
контексту
> Множество решений по методам ПС

18. 18
Анализ управления транзакциями
(5)
• Этап 3 — построение модели транзакционных
контекстов
> Рекурсивный обход вершин-методов графа вызовов,
начиная с точек входа в ПС
> Обработка исходящих дуг (симуляция действий сервера
приложений Java EE по управлению транзакциями):
> Проверка запрета вызываемого метода;
> Определение поведения по переключению транзакционного
контекста
– Распространение текущего контекста, создание
нового контекста, приостановка текущего контекста,
приостановка текущего контекста и создание
нового, отсутствие каких-либо действий
> Определение транзакционного контекста для вызываемого
метода

19. 19
Анализ управления транзакциями
(6)
• Этап 3 — обработка циклов в графе вызовов при
построении модели транзакционных контекстов
> Рекурсивные вызовы метода обрабатываются до тех
пор, пока не повторяется поведение по переключению
транзакционного контекста
> Ведется история вызовов
> Количество анализируемых уровней рекурсии
ограничено сверху количеством типов поведения по
переключению транзакционного контекста (5)
> Алгоритм является конечным
> Для найденного цикла в развернутый граф вызовов
добавляется фиктивная дуга

20. 20
Прототип анализатора
• Область применения – Java EE 6, сессионные
компоненты EJB 3.1
• Подключаемый модуль для IDE Eclipse
• Описание графа модели транзакционных
контекстов на языке Dot, визуализация с
помощью GEF4 DOT

21. 21
Выбор средства статического
анализа
Средство анализа
кода
Байт-код Исходный код Аннотации
Soot + + +/–
(неполная
поддержка)
MoDisco + + +
Java APIs − + +
Apache BCEL + − −

22. 22
Результаты анализа
(WARNING+REDUNDANCY)

23. 23
Результаты анализа (ERROR)

24. 24
Недостатки
• Большой объем модели MoDisco
• Неудобная визуализация полного исходного
кода ПС
> Решение: Вывод транзакционных контекстов для
выбранного метода
• Нет поддержки инкрементальных изменений
• Отсутствие результатов по реальным
приложениям