基于Eclipse的Find Bugs插件的研究與設(shè)計(jì)

趙彥紅

通號(hào)工程局集團(tuán)北京研究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中心有限公司 北京 100070

引言

隨著近來(lái)軟件行業(yè)的迅猛發(fā)展，以及人們對(duì)軟件需求的日益增長(zhǎng)，軟件的質(zhì)量越來(lái)越成為人們關(guān)注的對(duì)象，保證軟件質(zhì)量的途徑有兩種：一種是設(shè)計(jì)階段盡量避免缺陷，另一種就是軟件開發(fā)完成后的測(cè)試。軟件的測(cè)試按功能性可分為白盒測(cè)試、黑盒測(cè)試和灰盒測(cè)試；從是否執(zhí)行程序角度可分為動(dòng)態(tài)測(cè)試和靜態(tài)測(cè)試。本文主要研究的是靜態(tài)測(cè)試，靜態(tài)測(cè)試不實(shí)際運(yùn)行軟件，主要對(duì)軟件的編程格式、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行評(píng)估。靜態(tài)測(cè)試包括代碼規(guī)范性檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和代碼質(zhì)量檢查等，可人工完成，也可借助軟件工具進(jìn)行。靜態(tài)分析工具能自動(dòng)找出代碼中已有的缺陷[1]。好的靜態(tài)分析工具是測(cè)試過(guò)程中不可或缺的利器，可在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)分析或檢查源程序的語(yǔ)法、結(jié)構(gòu)、過(guò)程、接口等來(lái)檢查程序的正確性，找出代碼隱藏的錯(cuò)誤和缺陷，如參數(shù)不匹配，有歧義的嵌套語(yǔ)句，錯(cuò)誤的遞歸，可能出現(xiàn)的空指針引用等[2]。

1 基于Eclipse的Find Bugs插件

1.1 什么是Eclipse插件

Eclipse是一款開源的基于java的可擴(kuò)展開發(fā)平臺(tái)。開源性決定了任何人都可以對(duì)Eclipse實(shí)施開發(fā)插件的過(guò)程，可擴(kuò)展決定了java功能的可完善性和易維護(hù)性。所以，Eclipse插件就是集成在Eclipse平臺(tái)中的實(shí)現(xiàn)不同功能的工具。

1.2 Eclipse中的Find Bugs插件

Find Bugs是一個(gè)能靜態(tài)分析源代碼中可能會(huì)出現(xiàn)bug的Eclipse插件工具。它檢查類文件，將字節(jié)碼（bytecode存在于編譯后的.class文件中）與一組缺陷模式和集成的規(guī)范進(jìn)行對(duì)比以發(fā)現(xiàn)可能的問題。有了靜態(tài)分析工具，就可以在不實(shí)際運(yùn)行程序中對(duì)源代碼進(jìn)行分析。不是通過(guò)分析類文件（.class的文件） 的形式或結(jié)構(gòu)來(lái)確定程序的意圖，而是使用Visitor模式[3]對(duì)文件進(jìn)行掃描和分析，在不改變?cè)创a的情況下，檢測(cè)出源代碼中的存在的潛在性問題。

1.3 插件的功能管理

Find Bugs是由許多不同特性的JAR文件組成，這些JAR文件可以通過(guò)Eclipse運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自己的功能。而這些功能是可選的，所以在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以根據(jù)需要來(lái)選擇功能。這正是Find Bugs的方便之處，也是插件開發(fā)者能夠進(jìn)行方便開發(fā)的前提。

2 Find Bugs插件的實(shí)現(xiàn)

2.1 開發(fā)流程

開發(fā)流程圖如下：

圖1 開發(fā)流程圖

2.2 需求分析和功能定位

進(jìn)行Java開發(fā)過(guò)程中，Eclipse的使用是不可避免的，而基于Eclipse的Find Bugs插件在前期能夠減少代碼出現(xiàn)錯(cuò)誤和避免不好的編碼習(xí)慣。

Find Bugs將檢測(cè)到的錯(cuò)誤分為以下幾類：Bad practice，Correctness，Internationalization，Malicious code vulnerability，Multithreaded correctness，Performance，Dodgy code，Security，Experimental。可見Find Bugs插件不僅是檢查代碼的漏洞和錯(cuò)誤，還會(huì)檢查代碼的書寫習(xí)慣、安全性能、多線程以及國(guó)際通用性等問題。

本文設(shè)計(jì)的插件就是屬于Find Bugs中的Bad practice，本文所開發(fā)的插件主要檢查Java代碼中空的try/catch塊。眾所周知，異常檢測(cè)在Java開發(fā)中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其語(yǔ)句如下：

其中try語(yǔ)句用來(lái)捕獲異常，而catch語(yǔ)句用來(lái)打印異常信息。異常信息對(duì)于Java代碼的調(diào)試非常重要，如果不輸出異常信息，Java檢測(cè)機(jī)制不會(huì)報(bào)錯(cuò)，代碼本身也沒有錯(cuò)，這樣會(huì)產(chǎn)生一種情況：當(dāng)代碼出現(xiàn)可以被捕獲的錯(cuò)誤后，無(wú)法知道這種錯(cuò)誤是什么和這種錯(cuò)誤出現(xiàn)的具體位置。所以，本文闡述的插件功能屬于Find Bugs中bad practice一類。

2.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的實(shí)施

本文設(shè)計(jì)中，使用了Hashmap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Hashmap用來(lái)存儲(chǔ)鍵值對(duì)，key值為Java源代碼中的方法名稱，而value值則為byte code中象征catch內(nèi)容為空的標(biāo)志關(guān)鍵字。例如，本文中我們將要存儲(chǔ)的方法名或關(guān)鍵字用形參mName（方法的名稱）來(lái)代替，對(duì)應(yīng)在字節(jié)碼中相應(yīng)的value有不同的值，我們用統(tǒng)一的形參seen代替，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)句如下：

正常情況下的程序，也就是有異常但catch塊不為空，被處理的情況下的字節(jié)碼如下：

對(duì)比以上兩段代碼可以觀察到，第一段中的第11行astore_1將byteArray調(diào)用完成后直接返回，沒有經(jīng)過(guò)異常處理機(jī)制，即未經(jīng)過(guò)catch塊。第二段中第8行經(jīng)過(guò)astore_1后，進(jìn)行了異常處理函數(shù)的調(diào)用，其指令為第11行的invokevitual。所以，這將成為我們檢測(cè)空的catch塊的一種實(shí)施方案。部分源代碼如下：

2.4 設(shè)計(jì)模式

由于Find Bugs是一款靜態(tài)分析工具，并且集成了不同檢測(cè)功能的插件，所以要想將本文中的功能集成到Find Bugs中去，最好的辦法就是應(yīng)用visitor設(shè)計(jì)模式。

Visitor模式的主要作用就是在不改變現(xiàn)有類的情況下，向其中添加新的方法。其序列圖如下：

圖2 visitor設(shè)計(jì)模式的序列圖

具體實(shí)現(xiàn)的部分源代碼如下：

3 性能分析

完成插件的開發(fā)后會(huì)生成.jar文件，把.jar文件添加到Find Bugs插件中，再次重啟Eclipse可以看到在Find Bugs中已有新添加的插件。將Find Bugs新的插件應(yīng)用在測(cè)試用例上會(huì)看到，新的插件給出了錯(cuò)誤的具體位置以及錯(cuò)誤信息，如下圖：

圖3 新插件運(yùn)行在測(cè)試用例中的效果

整個(gè)過(guò)程用時(shí)1.15s，可以說(shuō)是比較快，如果和其他插件功能同時(shí)運(yùn)行，基本上不會(huì)增加Find Bugs的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了基于Eclipse的Find Bugs插件的開發(fā)，重點(diǎn)介紹了對(duì)檢測(cè)空的catch塊功能的研究與開發(fā)。由于Eclipse是一款開源平臺(tái)，所有基于Eclipse插件的開放性為廣大的開發(fā)者提供了良好的開發(fā)平臺(tái)，使開發(fā)者可以在遵循JVM規(guī)則的基礎(chǔ)之上，對(duì)必要的以及感興趣的功能做嘗試性開發(fā)。本文就是在充分了解JVM規(guī)則、Find Bugs運(yùn)行機(jī)制以及已存在的Find Bugs插件基礎(chǔ)上，對(duì)Find Bugs中檢測(cè)空catch塊的功能進(jìn)行了彌補(bǔ)和嘗試性的開發(fā)，并得到了預(yù)期的效果。