PURITY AND SIDE EFFECT ANALYSIS FOR JAVA PROGRAMS

Alexandre D. Salcianu and Martin C. Rinard

Definiciones

Un método es puro si no “muta” ninguna locación existente en el estado correcto anterior a la invocación del método.

Para qué?

Cómo input para algunos análisis de programas

Para entender y documentar el programa

Para reducir el trabajo de los model checkers

Idea

Método para analizar la pureza de programas Java (no anotados).

Construido sobre una mejora de “combined pointer and escape analysis method” (Rinard-Whaley)

Chequea si un método es puro, en el sentido de que no cambia ningún objeto existente en el pre-estado.

Mejoras

Se distingue entre objetos existentes en el pre-estado y objetos nuevos (creado por el método)

La información adicional generada por el método sirve para obtener información útil sobre efectos colaterales.

El método fue probado (correctitud), implementado y utilizado en variedad de tareas.

Generalizaciones de Pureza Parámetros Read-Only : el método no

cambia ningún objeto alcanzable desde el parámetro.

Parámetros Seguros (safe): parámetros read-only el método no crea ningún camino externo

visible en el heap hacia objetos alcanzables desde el parámetro.

Resumen hasta acá

Análisis para detectar métodos puros en programas Java no anotados

Presenta mejoras con respecto a análisis anteriores Permite la alocación de objetos nuevos

en el heap Detecta read-only and safe parameters.

Revisión del análisis

Para cada método m y cada punto del programa dentro de m el análisis computa un points-to graph que modela la parte del heap que el método m accede antes de ese punto.

Revisión del Análisis

Un objeto “escapa” si es alcanzable desde afuera del método analizable (ej: desde uno de los parámetros)

En otro caso, el objeto está “capturado”

Un eje externo siempre termina en un load node

Revisión del Análisis Para cada método m el análisis

computa un conjunto Wm que contiene los campos abstractos modificados que son visibles externamente.

Un campo abstracto es un campo para un nodo específico.

Revisión del Análisis

El análisis examina métodos empezando desde las hojas.

Se realiza sin conocer el contexto en que se llamó el método (análisis composicional)

Obtiene un único resultado parametrizable El resultado es luego instanciado en cada

lugar que se invoque el método m. Normalmente, el análisis procesa cada

método una única vez. Métodos recursivos requieren varias pasadas

hasta llegar a un punto fijo.

Ejemplo: Cell Constructor

Ejemplo: List.add

Descanso??????

Continuando el Análisis Cada points-to graph registra los nodos

que “escapan globalmente” , es decir, aquellos nodos que son potencialmente accesibles por código que desconocemos.

Cualquier nodo alcanzable desde estos nodos también escapa globalmente

El análisis debe ser muy conservativo con respecto a estos nodos, en particular, porque pueden ser mutados por código no conocido.

Se utiliza un nodo especial para otros nodos desconocidos que escapan globalmente

Análisis Intraprocedural

Análisis Interprocedural Por cada llamada (call) del tipo

vR = v0.s(v1, … , vj)

el análisis usa el points-to graph G anterior a la llamada y el points-to graph Gcalle (gráfico final del método invocado) para computar un points-to graph posterior a la invocación del método.

Si hay múltiples posibles invocaciones, el análisis las considera a todas y mergea el conjunto de resultados de los points to graph

Paso 1

El análisis computa un mapeo, que relaciona los parámetros y los nodos cargados del método invocado, con los nodos que representan

Incluir gráfico

Paso 2

Análisis de Efectos

Este análisis se realiza sobre el análisis descripto anteriormente.

El análisis propaga efectos interprocedurales de las siguiente forma: cuando el análisis del método m encuentra una invocación, se utiliza el mapeo de nodos intraprocedural para proyectar los efectos del método invocado e incluir esos efectos en el conjunto Wm.

Pureza del Método

Se computa el conjunto A de nodos que son alcanzables en G, desde nodos parámetros, utilizando ejes externos.

El método m es puro si y sólo si para todo n perteneciente a A:

1. n no escapa globalmente 2. Ningún campo de n es alterado

Parámetros read-Only

Para chequear si el parámetro p es read-only:

Considerar el nodo correspondiente np

Determinar el conjunto S1 que contiene a np y todos los load nodes alcanzables desde np utilizando ejes externos

El parámetro p es read-only si y solo si:1. No hay ningún campo abstracto

perteneciente a Wm tal que n pertenece a S1

2. Ningún nodo de S1 escapa globalmente

Parámetros Safe

Para chequear si un p parámetro es safe: Se computa el conjunto S1

Se computa el conjunto S2 de nodos alcanzables desde nodos parámetros y/o desde nodos retornados, utilizando ejes externos o internos.

Para chequear la ausencia de un nuevo camino hacia un objeto alcanzable desde p, basta con chequear que ningún eje interno vaya desde un nodo en S2 a un nodo en S1

Write effects