]> git.uio.no Git - ifi-stolz-refaktor.git/blob - thesis/master-thesis-erlenkr.tex
Thesis: adding section about contributions to refactoring literature
[ifi-stolz-refaktor.git] / thesis / master-thesis-erlenkr.tex
1 \documentclass[USenglish]{ifimaster}
2 \usepackage{import}
3 \usepackage[utf8]{inputenc}
4 \usepackage[T1]{fontenc,url}
5 \urlstyle{sf}
6 \usepackage{babel,textcomp,csquotes,ifimasterforside,varioref,graphicx}
7 \usepackage[style=numeric-comp,backend=bibtex]{biblatex}
8 \usepackage{amsthm}
9 \usepackage{todonotes}
10 \usepackage{verbatim}
11 \usepackage{perpage} %the perpage package
12 \MakePerPage{footnote} %the perpage package command
13
14 \theoremstyle{plain}
15 \newtheorem*{wordDef}{Definition}
16
17 \newcommand{\definition}[1]{\begin{wordDef}#1\end{wordDef}}
18 \newcommand{\see}[1]{(see \ref{#1})}
19 \newcommand{\explanation}[3]{\noindent\textbf{\textit{#1}}\\*\emph{When:} 
20 #2\\*\emph{How:} #3\\*[-7px]}
21 \newcommand{\type}[1]{\texttt{#1}}
22 \newcommand{\typeref}[1]{\footnote{\type{#1}}}
23 \newcommand{\typewithref}[2]{\type{#2}\typeref{#1.#2}}
24 \newcommand{\method}[1]{\type{#1}}
25 \newcommand{\methodref}[2]{\footnote{\type{#1}\method{\##2()}}}
26 \newcommand{\methodwithref}[2]{\method{#2}\footnote{\type{#1}\method{\##2()}}}
27
28
29 \title{Refactoring}
30 \subtitle{An unfinished essay}
31 \author{Erlend Kristiansen}
32
33 \bibliography{bibliography/master-thesis-erlenkr-bibliography}
34
35 \begin{document}
36 \ififorside
37 \frontmatter{}
38
39
40 \chapter*{Abstract}
41 Empty document.
42
43 \tableofcontents{}
44 \listoffigures{}
45 \listoftables{}
46
47 \chapter*{Preface}
48
49 \mainmatter
50
51 \chapter{Introduction}
52
53 \section{What is Refactoring?}
54
55 This question is best answered dividing the answer into two parts. First 
56 defining the concept of a refactoring, then discuss what the discipline of 
57 refactoring is all about. And to make it clear already from the beginning: The 
58 discussions in this report must be seen in the context of object oriented 
59 programming languages. All though the techniques discussed may be applicable to 
60 languages from other paradigms, they will not be the subject of this report.
61
62 \subsection{Defining refactoring}
63 Martin Fowler, in his masterpiece on refactoring \cite{refactoring}, defines a 
64 refactoring like this:
65 \begin{quote}
66   \emph{Refactoring} (noun): a change made to the \todo{what does he mean by 
67   internal?} internal structure of software to make it easier to understand and 
68   cheaper to modify without changing its observable 
69   behavior.~\cite{refactoring} % page 53
70 \end{quote}
71 This definition assign additional meaning to the word \emph{refactoring}, beyond 
72 the composition of the prefix \emph{re-}, usually meaning something like 
73 ``again'' or ``anew'', and the word \emph{factoring}, that can mean to determine 
74 the \emph{factors} of something. Where a \emph{factor} would be close to the 
75 mathematical definition of something that divides a quantity, without leaving a 
76 remainder. Fowler is mixing the \emph{motivation} behind refactoring into his 
77 definition.  Instead it could be made clean, only considering the mechanical and 
78 behavioral aspects of refactoring. That is to factor the program again, putting 
79 it together in a different way than before, while preserving the behavior of the 
80 program. An alternative definition could then be: 
81
82 \definition{A refactoring is a transformation
83 done to a program without altering its external behavior.}
84
85 From this we can conclude that a refactoring primarily changes how the 
86 \emph{code} of a program is perceived by the \emph{programmer}, and not the 
87 behavior experienced by any user of the program. Although the logical meaning is 
88 preserved, such changes could potentially alter the program's behavior when it 
89 comes to performance gain or -penalties. So any logic depending on the 
90 performance of a program could make the program behave differently after a 
91 refactoring.
92
93 In the extreme case one could argue that such a thing as \emph{software 
94 obfuscation} is to refactor. If we where to define it as a refactoring, it could 
95 be defined as a composite refactoring \see{intro_composite}, consisting of, for 
96 instance, a series of rename refactorings. (But it could of course be much more 
97 complex, and the mechanics of it would not exactly be carved in stone.) To 
98 perform some serious obfuscation one would also take advantage of techniques not 
99 found among established refactorings, such as removing whitespace. This might 
100 not even generate a different syntax tree for languages not sensitive to 
101 whitespace, placing it in the gray area of what kind of transformations is to be 
102 considered refactorings.
103
104 Finally, to \emph{refactor} is (quoting Martin Fowler)
105 \begin{quote}
106   \ldots to restructure software by applying a series of refactorings without 
107   changing its observable behavior.~\cite{refactoring} % page 54, definition
108 \end{quote}
109
110 \todo{subsection with the history of refactoring?}
111
112 \subsection{Motivation}\todo{better headline?}
113 To get a grasp of what refactoring is all about, we can answer this question: 
114 \emph{Why do people refactor?} Possible answers could include: ``To remove 
115 duplication'' or ``to break up long methods''.  Practitioners of the art of 
116 Design Patterns~\cite{dp} could say that they do it to introduce a long-needed 
117 pattern into their program's design.  So it's safe to say that peoples' 
118 intentions are to make their programs \emph{better} in some sense. But what 
119 aspects of the programs are becoming improved?
120
121 As already mentioned, people often refactor to get rid of duplication. Moving 
122 identical or similar code into methods, and maybe pushing those up or down in 
123 their class hierarchies. Making template methods for overlapping algorithms 
124 \todo{better?: functionality} and so on.  It's all about gathering what belongs 
125 together and putting it all in one place.  And the result? The code is easier to 
126 maintain. When removing the implicit coupling between the code snippets, the 
127 location of a bug is limited to only one place, and new functionality need only 
128 to be added this one place, instead of a number of places people might not even 
129 remember.
130
131 The same people find out that their program contains a lot of long and 
132 hard-to-grasp methods. Then what do they do? They begin dividing their methods 
133 into smaller ones, using the \emph{Extract Method} 
134 refactoring~\cite{refactoring}.  Then they may discover something about their 
135 program that they weren't aware of before; revealing bugs they didn't know about 
136 or couldn't find due to the complex structure of their program. \todo{Proof?} 
137 Making the methods smaller and giving good names to the new ones clarifies the 
138 algorithms and enhances the \emph{understandability} of the program. This makes 
139 simple refactoring an excellent method for exploring unknown program code, or 
140 code that you had forgotten that you wrote!
141
142 The word \emph{simple} came up in the last section. In fact, most basic 
143 refactorings are simple. The true power of them are revealed first when they are 
144 combined into larger --- higher level --- refactorings, called \emph{composite 
145 refactorings} \see{intro_composite}. Often the goal of such a series of 
146 refactorings is a design pattern. Thus the \emph{design} can be evolved 
147 throughout the lifetime of a program, opposed to designing up-front.  It's all 
148 about being structured and taking small steps to improve the design.
149
150 Many refactorings are aimed at lowering the coupling between different classes 
151 and different layers of logic. Say for instance that the coupling between the 
152 user interface and the business logic of a program is lowered. Then the business 
153 logic of the program could much easier be the target of automated tests, 
154 increasing the productivity in the software development process. It is also 
155 easier to distribute (e.g. between computers) the different components of a 
156 program if they are sufficiently decoupled.
157
158 Another effect of refactoring is that with the increased separation of concerns 
159 coming out of many refactorings, the \emph{performance} is improved.  When 
160 profiling programs, the problem parts are narrowed down to smaller parts of the 
161 code, which are easier to tune, and optimization can be performed only where 
162 needed and in a more effective way.
163
164 Refactoring program code --- with a goal in mind --- can give the code itself 
165 more value. That is in the form of robustness to bugs, understandability and 
166 maintainability. With the first as an obvious advantage, but with the following 
167 two being also very important for software development. By incorporating 
168 refactoring in the development process, bugs are found faster, new functionality 
169 is added more easily and code is easier to understand by the next person exposed 
170 to it, which might as well be the person who wrote it. The consequence of this, 
171 is that refactoring can increase the average productivity of the development 
172 process, and thus also add to the monetary value of a business in the long run.  
173 Where this last point also should open the eyes of some nearsighted managers who 
174 seldom see beyond the next milestone.
175
176 \subsection{The etymology of 'refactoring'}
177 It is a little difficult to pinpoint the exact origin of the word 
178 ``refactoring'', as it seems to have evolved as part of a colloquial 
179 terminology, more than a scientific term. There is no authoritative source for a 
180 formal definition of it. 
181
182 According to Martin Fowler~\cite{etymology-refactoring}, there may also be more 
183 than one origin of the word. The most well-known source, when it comes to the 
184 origin of \emph{refactoring}, is the Smalltalk\footnote{\emph{Smalltalk}, 
185 object-oriented, dynamically typed, reflective programming language.}\todo{find 
186 reference to Smalltalk website or similar?} community and their infamous 
187 \emph{Refactoring 
188 Browser}\footnote{\url{http://st-www.cs.illinois.edu/users/brant/Refactory/RefactoringBrowser.html}} 
189 described in the article \emph{A Refactoring Tool for 
190 Smalltalk}~\cite{refactoringBrowser1997}, published in 1997.  
191 Allegedly~\cite{etymology-refactoring}, the metaphor of factoring programs was 
192 also present in the Forth\footnote{\emph{Forth} -- stack-based, extensible 
193 programming language, without type-checking. See \url{http://www.forth.org}} 
194 community, and the word ``refactoring'' is mentioned in a book by Leo Brodie, 
195 called \emph{Thinking Forth}~\cite{brodie1984}, first published in 
196 1984\footnote{\emph{Thinking Forth} was first published in 1984 by the 
197 \emph{Forth Interest Group}.  Then it was reprinted in 1994 with minor 
198 typographical corrections, before it was transcribed into an electronic edition 
199 typeset in \LaTeX\ and published under a Creative Commons licence in 2004. The 
200 edition cited here is the 2004 edition, but the content should essentially be as 
201 in 1984.}. The exact word is only printed one place\footnote{p. 232}, but the 
202 term \emph{factoring} is prominent in the book, that also contains a whole 
203 chapter dedicated to (re)factoring, and how to keep the (Forth) code clean and 
204 maintainable.
205 \begin{quote}
206   \ldots good factoring technique is perhaps the most important skill for a 
207   Forth programmer.~\cite{brodie1984}
208 \end{quote}
209 Brodie also express what \emph{factoring} means to him:
210 \begin{quote}
211   Factoring means organizing code into useful fragments. To make a fragment 
212   useful, you often must separate reusable parts from non-reusable parts. The  
213   reusable parts become new definitions. The non-reusable parts become arguments 
214   or parameters to the definitions.~\cite{brodie1984}
215 \end{quote}
216
217 Fowler claims that the usage of the word \emph{refactoring} did not pass between 
218 the \emph{Forth} and \emph{Smalltalk} communities, but that it emerged 
219 independently in each of the communities.
220
221 \subsection{Notable contributions to the refactoring literature}
222 \todo{Update with more contributions}
223 \begin{description}
224   \item[1992] William F. Opdyke submits his doctoral dissertation called 
225     \emph{Refactoring Object-Oriented Frameworks}~\cite{opdyke1992}. This 
226     work defines a set of refactorings, that are behavior preserving given that 
227     their preconditions are met. The dissertation is focused on the automation 
228     of refactorings.
229   \item[1999] Martin Fowler et al.: \emph{Refactoring: Improving the Design of 
230     Existing Code}~\cite{refactoring}. This is maybe the most influential text 
231     on refactoring. It bares similarities with Opdykes thesis~\cite{opdyke1992} 
232     in the way that it provides a catalog of refactorings. But Fowler's book is 
233     more about the craft of refactoring, as he focuses on establishing a 
234     vocabulary for refactoring, together with the mechanics of different 
235     refactorings and when to perform them. His methodology is also founded on 
236     the principles of test-driven development.
237     
238 \end{description}
239 \begin{comment}
240
241 \section{Classification of refactorings} 
242 % only interesting refactorings
243 % with 2 detailed examples? One for structured and one for intra-method?
244 % Is replacing Bubblesort with Quick Sort considered a refactoring?
245
246 \subsection{Structural refactorings}
247
248 \subsubsection{Basic refactorings}
249
250 % Composing Methods
251 \explanation{Extract Method}{You have a code fragment that can be grouped 
252 together.}{Turn the fragment into a method whose name explains the purpose of 
253 the method.}
254
255 \explanation{Inline Method}{A method's body is just as clear as its name.}{Put 
256 the method's body into the body of its callers and remove the method.}
257
258 \explanation{Inline Temp}{You have a temp that is assigned to once with a simple 
259 expression, and the temp is getting in the way of other refactorings.}{Replace 
260 all references to that temp with the expression}
261
262 % Moving Features Between Objects
263 \explanation{Move Method}{A method is, or will be, using or used by more 
264 features of another class than the class on which it is defined.}{Create a new 
265 method with a similar body in the class it uses most. Either turn the old method 
266 into a simple delegation, or remove it altogether.}
267
268 \explanation{Move Field}{A field is, or will be, used by another class more than 
269 the class on which it is defined}{Create a new field in the target class, and 
270 change all its users.}
271
272 % Organizing Data
273 \explanation{Replace Magic Number with Symbolic Constant}{You have a literal 
274 number with a particular meaning.}{Create a constant, name it after the meaning, 
275 and replace the number with it.}
276
277 \explanation{Encapsulate Field}{There is a public field.}{Make it private and 
278 provide accessors.}
279
280 \explanation{Replace Type Code with Class}{A class has a numeric type code that 
281 does not affect its behavior.}{Replace the number with a new class.}
282
283 \explanation{Replace Type Code with Subclasses}{You have an immutable type code 
284 that affects the behavior of a class.}{Replace the type code with subclasses.}
285
286 \explanation{Replace Type Code with State/Strategy}{You have a type code that 
287 affects the behavior of a class, but you cannot use subclassing.}{Replace the 
288 type code with a state object.}
289
290 % Simplifying Conditional Expressions
291 \explanation{Consolidate Duplicate Conditional Fragments}{The same fragment of 
292 code is in all branches of a conditional expression.}{Move it outside of the 
293 expression.}
294
295 \explanation{Remove Control Flag}{You have a variable that is acting as a 
296 control flag fro a series of boolean expressions.}{Use a break or return 
297 instead.}
298
299 \explanation{Replace Nested Conditional with Guard Clauses}{A method has 
300 conditional behavior that does not make clear the normal path of 
301 execution.}{Use guard clauses for all special cases.}
302
303 \explanation{Introduce Null Object}{You have repeated checks for a null 
304 value.}{Replace the null value with a null object.}
305
306 \explanation{Introduce Assertion}{A section of code assumes something about the 
307 state of the program.}{Make the assumption explicit with an assertion.}
308
309 % Making Method Calls Simpler
310 \explanation{Rename Method}{The name of a method does not reveal its 
311 purpose.}{Change the name of the method}
312
313 \explanation{Add Parameter}{A method needs more information from its 
314 caller.}{Add a parameter for an object that can pass on this information.}
315
316 \explanation{Remove Parameter}{A parameter is no longer used by the method 
317 body.}{Remove it.}
318
319 %\explanation{Parameterize Method}{Several methods do similar things but with 
320 %different values contained in the method.}{Create one method that uses a 
321 %parameter for the different values.}
322
323 \explanation{Preserve Whole Object}{You are getting several values from an 
324 object and passing these values as parameters in a method call.}{Send the whole 
325 object instead.}
326
327 \explanation{Remove Setting Method}{A field should be set at creation time and 
328 never altered.}{Remove any setting method for that field.}
329
330 \explanation{Hide Method}{A method is not used by any other class.}{Make the 
331 method private.}
332
333 \explanation{Replace Constructor with Factory Method}{You want to do more than 
334 simple construction when you create an object}{Replace the constructor with a 
335 factory method.}
336
337 % Dealing with Generalization
338 \explanation{Pull Up Field}{Two subclasses have the same field.}{Move the field 
339 to the superclass.}
340
341 \explanation{Pull Up Method}{You have methods with identical results on 
342 subclasses.}{Move them to the superclass.}
343
344 \explanation{Push Down Method}{Behavior on a superclass is relevant only for 
345 some of its subclasses.}{Move it to those subclasses.}
346
347 \explanation{Push Down Field}{A field is used only by some subclasses.}{Move the 
348 field to those subclasses}
349
350 \explanation{Extract Interface}{Several clients use the same subset of a class's 
351 interface, or two classes have part of their interfaces in common.}{Extract the 
352 subset into an interface.}
353
354 \explanation{Replace Inheritance with Delegation}{A subclass uses only part of a 
355 superclasses interface or does not want to inherit data.}{Create a field for the 
356 superclass, adjust methods to delegate to the superclass, and remove the 
357 subclassing.}
358
359 \explanation{Replace Delegation with Inheritance}{You're using delegation and 
360 are often writing many simple delegations for the entire interface}{Make the 
361 delegating class a subclass of the delegate.}
362
363 \subsubsection{Composite refactorings}
364
365 % Composing Methods
366 % \explanation{Replace Method with Method Object}{}{}
367
368 % Moving Features Between Objects
369 \explanation{Extract Class}{You have one class doing work that should be done by 
370 two}{Create a new class and move the relevant fields and methods from the old 
371 class into the new class.}
372
373 \explanation{Inline Class}{A class isn't doing very much.}{Move all its features 
374 into another class and delete it.}
375
376 \explanation{Hide Delegate}{A client is calling a delegate class of an 
377 object.}{Create Methods on the server to hide the delegate.}
378
379 \explanation{Remove Middle Man}{A class is doing to much simple delegation.}{Get 
380 the client to call the delegate directly.}
381
382 % Organizing Data
383 \explanation{Replace Data Value with Object}{You have a data item that needs 
384 additional data or behavior.}{Turn the data item into an object.}
385
386 \explanation{Change Value to Reference}{You have a class with many equal 
387 instances that you want to replace with a single object.}{Turn the object into a 
388 reference object.}
389
390 \explanation{Encapsulate Collection}{A method returns a collection}{Make it 
391 return a read-only view and provide add/remove methods.}
392
393 % \explanation{Replace Array with Object}{}{}
394
395 \explanation{Replace Subclass with Fields}{You have subclasses that vary only in 
396 methods that return constant data.}{Change the methods to superclass fields and 
397 eliminate the subclasses.}
398
399 % Simplifying Conditional Expressions
400 \explanation{Decompose Conditional}{You have a complicated conditional 
401 (if-then-else) statement.}{Extract methods from the condition, then part, an 
402 else part.}
403
404 \explanation{Consolidate Conditional Expression}{You have a sequence of 
405 conditional tests with the same result.}{Combine them into a single conditional 
406 expression and extract it.}
407
408 \explanation{Replace Conditional with Polymorphism}{You have a conditional that 
409 chooses different behavior depending on the type of an object.}{Move each leg 
410 of the conditional to an overriding method in a subclass. Make the original 
411 method abstract.}
412
413 % Making Method Calls Simpler
414 \explanation{Replace Parameter with Method}{An object invokes a method, then 
415 passes the result as a parameter for a method. The receiver can also invoke this 
416 method.}{Remove the parameter and let the receiver invoke the method.}
417
418 \explanation{Introduce Parameter Object}{You have a group of parameters that 
419 naturally go together.}{Replace them with an object.}
420
421 % Dealing with Generalization
422 \explanation{Extract Subclass}{A class has features that are used only in some 
423 instances.}{Create a subclass for that subset of features.}
424
425 \explanation{Extract Superclass}{You have two classes with similar 
426 features.}{Create a superclass and move the common features to the 
427 superclass.}
428
429 \explanation{Collapse Hierarchy}{A superclass and subclass are not very 
430 different.}{Merge them together.}
431
432 \explanation{Form Template Method}{You have two methods in subclasses that 
433 perform similar steps in the same order, yet the steps are different.}{Get the 
434 steps into methods with the same signature, so that the original methods become 
435 the same. Then you can pull them up.}
436
437
438 \subsection{Functional refactorings}
439
440 \explanation{Substitute Algorithm}{You want to replace an algorithm with one 
441 that is clearer.}{Replace the body of the method with the new algorithm.}
442
443 \end{comment}
444
445 \section{The impact on software quality}
446
447 \subsection{What is meant by quality?}
448 The term \emph{software quality} has many meanings. It all depends on the 
449 context we put it in. If we look at it with the eyes of a software developer, it 
450 usually mean that the software is easily maintainable and testable, or in other 
451 words, that it is \emph{well designed}. This often correlates with the 
452 management scale, where \emph{keeping the schedule} and \emph{customer 
453 satisfaction} is at the center. From the customers point of view, in addition to 
454 good usability, \emph{performance} and \emph{lack of bugs} is always 
455 appreciated, measurements that are also shared by the software developer. (In 
456 addition, such things as good documentation could be measured, but this is out 
457 of the scope of this document.)
458
459 \subsection{The impact on performance}
460 \begin{quote}
461   Refactoring certainly will make software go more slowly, but it also makes the 
462   software more amenable to performance tuning.~\cite{refactoring} % page 69
463 \end{quote}
464 There is a common belief that refactoring compromises performance, due to 
465 increased degree of indirection and that polymorphism is slower than 
466 conditionals.
467
468 In a survey, Demeyer~\cite{demeyer2002} disproves this view in the case of 
469 polymorphism. He is doing an experiment on, what he calls, ``Transform Self Type 
470 Checks'' where you introduce a new polymorphic method and a new class hierarchy 
471 to get rid of a class' type checking of a ``type attribute``. He uses this kind 
472 of transformation to represent other ways of replacing conditionals with 
473 polymorphism as well. The experiment is performed on the C++ programming 
474 language and with three different compilers and platforms. \todo{But is the 
475 result better?} Demeyer concludes that, with compiler optimization turned on, 
476 polymorphism beats middle to large sized if-statements and does as well as 
477 case-statements.  (In accordance with his hypothesis, due to similarities 
478 between the way C++ handles polymorphism and case-statements.)
479 \begin{quote}
480   The interesting thing about performance is that if you analyze most programs, 
481   you find that they waste most of their time in a small fraction of the code.  
482   ~\cite{refactoring}
483 \end{quote}
484 So, although an increased amount of method calls could potentially slow down 
485 programs, one should avoid premature optimization and sacrificing good design, 
486 leaving the performance tuning until after profiling the software and having 
487 isolated the actual problem areas.
488
489
490
491 \section{Correctness of refactorings} 
492 % Volker's example?
493
494 \section{Composite refactorings} \label{intro_composite}
495 % motivation, examples
496 % manual vs automated?
497 % what about refactoring in a very large code base?
498
499 \section{Software metrics}
500
501
502 %\part{The project}
503 %\chapter{Planning the project}
504 %\part{Conclusion}
505 %\chapter{Results}                   
506
507
508 \chapter{Refactorings in Eclipse JDT: Design, Shortcomings and Wishful 
509 Thinking}\label{ch:jdt_refactorings}
510
511 This chapter will deal with some of the design behind refactoring support in 
512 Eclipse, and the JDT in specific. After which it will follow a section about 
513 shortcomings of the refactoring API in terms of composition of refactorings. The 
514 chapter will be concluded with a section telling some of the ways the 
515 implementation of refactorings in the JDT could have worked to facilitate 
516 composition of refactorings.
517
518 \section{Design}
519 The refactoring world of Eclipse can in general be separated into two parts: The 
520 language independent part and the part written for a specific programming 
521 language -- the language that is the target of the supported refactorings.  
522 \todo{What about the language specific part?}
523
524 \subsection{The Language Toolkit}
525 The Language Toolkit, or LTK for short, is the framework that is used to 
526 implement refactorings in Eclipse. It is language independent and provides the 
527 abstractions of a refactoring and the change it generates, in the form of the 
528 classes \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Refactoring} and 
529 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Change}. (There is also parts of 
530 the LTK that is concerned with user interaction, but they will not be discussed 
531 here, since they are of little value to us and our use of the framework.)
532
533 \subsubsection{The Refactoring Class}
534 The abstract class \type{Refactoring} is the core of the LTK framework. Every 
535 refactoring that is going to be supported by the LTK have to end up creating an 
536 instance of one of its subclasses. The main responsibilities of subclasses of 
537 \type{Refactoring} is to implement template methods for condition checking 
538 (\methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Refactoring}{checkInitialConditions} 
539 and 
540 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Refactoring}{checkFinalConditions}), 
541 in addition to the 
542 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Refactoring}{createChange} 
543 method that creates and returns an instance of the \type{Change} class.
544
545 If the refactoring shall support that others participate in it when it is 
546 executed, the refactoring has to be a processor-based 
547 refactoring\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants.ProcessorBasedRefactoring}.  
548 It then delegates to its given 
549 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants}{RefactoringProcessor} 
550 for condition checking and change creation.
551
552 \subsubsection{The Change Class}
553 This class is the base class for objects that is responsible for performing the 
554 actual workspace transformations in a refactoring. The main responsibilities for 
555 its subclasses is to implement the 
556 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Change}{perform} and 
557 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Change}{isValid} methods. The 
558 \method{isValid} method verifies that the change object is valid and thus can be 
559 executed by calling its \method{perform} method. The \method{perform} method 
560 performs the desired change and returns an undo change that can be executed to 
561 reverse the effect of the transformation done by its originating change object. 
562
563 \subsubsection{Executing a Refactoring}\label{executing_refactoring}
564 The life cycle of a refactoring generally follows two steps after creation: 
565 condition checking and change creation. By letting the refactoring object be 
566 handled by a 
567 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{CheckConditionsOperation} that
568 in turn is handled by a 
569 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{CreateChangeOperation}, it is 
570 assured that the change creation process is managed in a proper manner.
571
572 The actual execution of a change object has to follow a detailed life cycle.  
573 This life cycle is honored if the \type{CreateChangeOperation} is handled by a 
574 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{PerformChangeOperation}. If also 
575 an undo manager\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.IUndoManager} is set 
576 for the \type{PerformChangeOperation}, the undo change is added into the undo 
577 history.
578
579 \section{Shortcomings}
580 This section is introduced naturally with a conclusion: The JDT refactoring 
581 implementation does not facilitate composition of refactorings. 
582 \todo{refine}This section will try to explain why, and also identify other 
583 shortcomings of both the usability and the readability of the JDT refactoring 
584 source code.
585
586 I will begin at the end and work my way toward the composition part of this 
587 section.
588
589 \subsection{Absence of Generics in Eclipse Source Code}
590 This section is not only concerning the JDT refactoring API, but also large 
591 quantities of the Eclipse source code. The code shows a striking absence of the 
592 Java language feature of generics. It is hard to read a class' interface when 
593 methods return objects or takes parameters of raw types such as \type{List} or 
594 \type{Map}. This sometimes results in having to read a lot of source code to 
595 understand what is going on, instead of relying on the available interfaces. In 
596 addition, it results in a lot of ugly code, making the use of typecasting more 
597 of a rule than an exception.
598
599 \subsection{Composite Refactorings Will Not Appear as Atomic Actions}
600
601 \subsubsection{Missing Flexibility from JDT Refactorings}
602 The JDT refactorings are not made with composition of refactorings in mind. When 
603 a JDT refactoring is executed, it assumes that all conditions for it to be 
604 applied successfully can be found by reading source files that has been 
605 persisted to disk. They can only operate on the actual source material, and not 
606 (in-memory) copies thereof. This constitutes a major disadvantage when trying to 
607 compose refactorings, since if an exception occur in the middle of a sequence of 
608 refactorings, it can leave the project in a state where the composite 
609 refactoring was executed only partly. It makes it hard to discard the changes 
610 done without monitoring and consulting the undo manager, an approach that is not 
611 bullet proof.
612
613 \subsubsection{Broken Undo History}
614 When designing a composed refactoring that is to be performed as a sequence of 
615 refactorings, you would like it to appear as a single change to the workspace.  
616 This implies that you would also like to be able to undo all the changes done by 
617 the refactoring in a single step. This is not the way it appears when a sequence 
618 of JDT refactorings is executed. It leaves the undo history filled up with 
619 individual undo actions corresponding to every single JDT refactoring in the 
620 sequence. This problem is not trivial to handle in Eclipse. (See section 
621 \ref{hacking_undo_history}.)
622
623 \section{Wishful Thinking}
624
625
626
627 \chapter{Composite Refactorings in Eclipse}
628
629 \section{A Simple Ad Hoc Model}
630 As pointed out in chapter \ref{ch:jdt_refactorings}, the Eclipse JDT refactoring 
631 model is not very well suited for making composite refactorings. Therefore a 
632 simple model using changer objects (of type \type{RefaktorChanger}) is used as 
633 an abstraction layer on top of the existing Eclipse refactorings.
634
635 \section{The Extract and Move Method Refactoring}
636 %The Extract and Move Method Refactoring is implemented mainly using these 
637 %classes:
638 %\begin{itemize}
639 %  \item \type{ExtractAndMoveMethodChanger}
640 %  \item \type{ExtractAndMoveMethodPrefixesExtractor}
641 %  \item \type{Prefix}
642 %  \item \type{PrefixSet}
643 %\end{itemize}
644
645 \subsection{The Building Blocks}
646 This is a composite refactoring, and hence is built up using several primitive 
647 refactorings. These basic building blocks are, as its name implies, the Extract 
648 Method Refactoring \cite{refactoring} and the Move Method Refactoring 
649 \cite{refactoring}. In Eclipse, the implementations of these refactorings are 
650 found in the classes 
651 \typewithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.code}{ExtractMethodRefactoring} 
652 and 
653 \typewithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.structure}{MoveInstanceMethodProcessor}, 
654 where the last class is designed to be used together with the processor-based 
655 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants}{MoveRefactoring}.
656
657 \subsubsection{The ExtractMethodRefactoring Class}
658 This class is quite simple in its use. The only parameters it requires for 
659 construction is a compilation 
660 unit\typeref{org.eclipse.jdt.core.ICompilationUnit}, the offset into the source 
661 code where the extraction shall start, and the length of the source to be 
662 extracted. Then you have to set the method name for the new method together with 
663 which access modifier that shall be used and some not so interesting parameters.
664
665 \subsubsection{The MoveInstanceMethodProcessor Class}
666 For the Move Method the processor requires a little more advanced input than  
667 the class for the Extract Method. For construction it requires a method 
668 handle\typeref{org.eclipse.jdt.core.IMethod} from the Java Model for the method 
669 that is to be moved. Then the target for the move have to be supplied as the 
670 variable binding from a chosen variable declaration. In addition to this, one 
671 have to set some parameters regarding setters/getters and delegation.
672
673 To make a whole refactoring from the processor, one have to construct a 
674 \type{MoveRefactoring} from it.
675
676 \subsection{The ExtractAndMoveMethodChanger Class}
677 The \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.changers}{ExtractAndMoveMethodChanger} 
678 class, that is a subclass of the class 
679 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.changers}{RefaktorChanger}, is the class 
680 responsible for composing the \type{ExtractMethodRefactoring} and the 
681 \type{MoveRefactoring}. Its constructor takes a project 
682 handle\typeref{org.eclipse.core.resources.IProject}, the method name for the new 
683 method and a \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.utils}{SmartTextSelection}.
684
685 A \type{SmartTextSelection} is basically a text 
686 selection\typeref{org.eclipse.jface.text.ITextSelection} object that enforces 
687 the providing of the underlying document during creation. I.e. its 
688 \methodwithref{no.uio.ifi.refaktor.utils.SmartTextSelection}{getDocument} method 
689 will never return \type{null}.
690
691 Before extracting the new method, the possible targets for the move operation is 
692 found with the help of an
693 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors}{ExtractAndMoveMethodPrefixesExtractor}.  
694 The possible targets is computed from the prefixes that the extractor returns 
695 from its
696 \methodwithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.ExtractAndMoveMethodPrefixesExtractor}{getSafePrefixes} 
697 method. The changer then choose the most suitable target by finding the most 
698 frequent occurring prefix among the safe ones. The target is the type of the 
699 first part of the prefix.
700
701 After finding a suitable target, the \type{ExtractAndMoveMethodChanger} first 
702 creates an \type{ExtractMethodRefactoring} and performs it as explained in 
703 section \ref{executing_refactoring} about the execution of refactorings. Then it 
704 creates and performs the \type{MoveRefactoring} in the same way, based on the 
705 changes done by the Extract Method refactoring.
706
707 \subsection{The ExtractAndMoveMethodPrefixesExtractor Class}
708 This extractor extracts properties needed for building the Extract and Move 
709 Method refactoring. It searches through the given selection to find safe 
710 prefixes, and those prefixes form a base that can be used to compute possible 
711 targets for the move part of the refactoring.  It finds both the candidates, in 
712 the form of prefixes, and the non-candidates, called unfixes. All prefixes (and 
713 unfixes) are represented by a 
714 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors}{Prefix}, and they are collected 
715 into prefix sets.\typeref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.PrefixSet}. 
716
717 The prefixes and unfixes are found by property 
718 collectors\typeref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.collectors.PropertyCollector}.  
719 A property collector follows the visitor pattern \cite{dp} and is of the 
720 \typewithref{org.eclipse.jdt.core.dom}{ASTVisitor} type.  An \type{ASTVisitor} 
721 visits nodes in an abstract syntax tree that forms the Java document object 
722 model. The tree consists of nodes of type 
723 \typewithref{org.eclipse.jdt.core.do}{ASTNode}.
724
725 \subsubsection{The PrefixesCollector}
726 The \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.collectors}{PrefixesCollector} 
727 is of type \type{PropertyCollector}. It visits expression 
728 statements\typeref{org.eclipse.jdt.core.dom.ExpressionStatement} and creates 
729 prefixes from its expressions in the case of method invocations. The prefixes 
730 found is registered with a prefix set, together with all its sub-prefixes.
731 \todo{Rewrite in the case of changes to the way prefixes are found}
732
733 \subsubsection{The UnfixesCollector}
734 The \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.collectors}{UnfixesCollector} 
735 finds unfixes within the selection. An unfix is a name that is assigned to 
736 within the selection. The reason that this cannot be allowed, is that the result 
737 would be an assignment to the \type{this} keyword, which is not valid in Java.
738
739 \subsubsection{Computing Safe Prefixes}
740 A safe prefix is a prefix that does not enclose an unfix. A prefix is enclosing 
741 an unfix if the unfix is in the set of its sub-prefixes. As an example, 
742 \texttt{``a.b''} is enclosing \texttt{``a''}, as is \texttt{``a''}. The safe 
743 prefixes is unified in a \type{PrefixSet} and can be fetched calling the 
744 \method{getSafePrefixes} method of the 
745 \type{ExtractAndMoveMethodPrefixesExtractor}.
746
747 \subsection{The Prefix Class}
748 \todo{?}
749 \subsection{The PrefixSet Class}
750
751 \subsection{Hacking the Refactoring Undo 
752 History}\label{hacking_undo_history}
753 \todo{Where to put this section?}
754
755 As an attempt to make multiple subsequent changes to the workspace appear as a 
756 single action (i.e. make the undo changes appear as such), I tried to alter 
757 the undo changes\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Change} in the history 
758 of the refactorings.  
759
760 My first impulse was to remove the, in this case, last two undo changes from the 
761 undo manager\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.IUndoManager} for the 
762 Eclipse refactorings, and then add them to a composite 
763 change\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.CompositeChange} that could be 
764 added back to the manager. The interface of the undo manager does not offer a 
765 way to remove/pop the last added undo change, so a possible solution could be to 
766 decorate \cite{dp} the undo manager, to intercept and collect the undo changes 
767 before delegating to the \method{addUndo} 
768 method\methodref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.IUndoManager}{addUndo} of the 
769 manager. Instead of giving it the intended undo change, a null change could be 
770 given to prevent it from making any changes if run. Then one could let the 
771 collected undo changes form a composite change to be added to the manager.
772
773 There is a technical challenge with this approach, and it relates to the undo 
774 manager, and the concrete implementation 
775 UndoManager2\typeref{org.eclipse.ltk.internal.core.refactoring.UndoManager2}.  
776 This implementation is designed in a way that it is not possible to just add an 
777 undo change, you have to do it in the context of an active 
778 operation\typeref{org.eclipse.core.commands.operations.TriggeredOperations}.  
779 One could imagine that it might be possible to trick the undo manager into 
780 believing that you are doing a real change, by executing a refactoring that is 
781 returning a kind of null change that is returning our composite change of undo 
782 refactorings when it is performed.
783
784 Apart from the technical problems with this solution, there is a functional 
785 problem: If it all had worked out as planned, this would leave the undo history 
786 in a dirty state, with multiple empty undo operations corresponding to each of 
787 the sequentially executed refactoring operations, followed by a composite undo 
788 change corresponding to an empty change of the workspace for rounding of our 
789 composite refactoring. The solution to this particular problem could be to 
790 intercept the registration of the intermediate changes in the undo manager, and 
791 only register the last empty change.
792
793 Unfortunately, not everything works as desired with this solution. The grouping 
794 of the undo changes into the composite change does not make the undo operation 
795 appear as an atomic operation. The undo operation is still split up into 
796 separate undo actions, corresponding to the change done by its originating
797 refactoring. And in addition, the undo actions has to be performed separate in 
798 all the editors involved. This makes it no solution at all, but a step toward 
799 something worse.
800
801 There might be a solution to this problem, but it remains to be found. The 
802 design of the refactoring undo management is partly to be blamed for this, as it 
803 it is to complex to be easily manipulated.
804
805
806 \backmatter{}
807 \printbibliography
808 \listoftodos
809 \end{document}