O documento descreve a implementação do modelo ECSFlow para tratamento de exceções na linguagem C#. O ECSFlow fornece canais excepcionais explícitos e tratadores conectáveis para melhorar a robustez, manutenibilidade e modularização do código. A especificação do ECSFlow define os componentes desse modelo, como canais excepcionais, locais de lançamento e tratamento de exceções.

1. Frederico Nunes do Pranto Filho
Exame de Qualificação
PPgSC - Programa de Pós-graduação em Sistemas e Computação
Banca Examinadora:
Prof. Dr. Nélio Alessandro Azevedo Cacho
Prof. Dr. Fernando Figueira Filho
Prof. Dr. Carlos Eduardo da Silva

2. Frederico Nunes do Pranto Filho
ECSFlow: Implementação de um modelo de
tratamento de exceção para C#

3. • Introdução
▫ Problema
▫ Objetivo
• Defeito, Erro, Falha
• Tratamento de Exceções
• Mecanismos de tratamento
de exceção
• Abordagens de tratamento
de exceção
Roteiro
• ECSFlow
▫ Apresentação
▫ Objetivos
▫ Especificação
▫ Detalhes da implementação
 Plataforma .NET
 Análise estática
 Ferramentas utilizadas

4. • Um sistema confiável precisa garantir que seus serviços continuarão
executando corretamente mesmo na presença de situações errôneas
• Confiabilidade
▫ Confiabilidade diz respeito à capacidade de um sistema de software entregar as
suas funcionalidades sob condições normais e errôneas [1].
▫ Robustez
 Caracteriza a capacidade de um sistema para reagir a falhas de componentes [2]
▫ Manutenabilidade
 Refere-se à facilidade com a qual um produto de software pode ser modicado para
correção de defeitos, para atender novos requisitos, para tornar mais fácil futuras
manutenções, ou adaptação para mudanças de ambiente [3]
Introdução

5. • Técnicas de tolerância a falhas visam manter o sistema em
funcionamento mesmo diante da ocorrência de falhas
▫ Implementadas através de mecanismos de tratamento de exceções
• Mecanismos de tratamento de exceção foram originalmente concebidos
para, principalmente, incorporar uma clara separação entre
comportamento excepcional e comportamento normal
Problema

6. • Linguagens de programação como C#, C++, Ruby e Python, têm
defendido mecanismos de tratamento de exceção cada vez menos
rígidos, que tem por objetivo, facilitar a modificação e reutilização do
comportamento normal.
▫ Mecanismos de tratamento de exceções dirigidos à manutenção
• Esses mecanismos não impõem declarações de interfaces excepcionais
nas assinaturas de métodos.
▫ Mecanismos de tratamento de exceções dirigidos à robustez
Problema

7. • Mesmo assim, o uso de mecanismos de tratamento de exceção dirigidos
à manutenção, como em C#, mostra-se frágil e frequentemente leva a
um decréscimo na robustez dos programas. Conforme (CACHO, N. et al,
2014) :
▫ (i) a maioria das falhas são introduzidas durante o aprimoramento do
código normal;
▫ (ii) falhas são introduzidas durante o aprimoramento do código
excepcional;
▫ (iii) falhas são introduzidas devido a flexibilidade do mecanismo de
tratamento de exceção dirigido à manutenção;
Problema

8. • Há um forte acoplamento entre o código normal e excepcional no
tratamento de exceção da linguagem C#.
• Este relacionamento é dificil de ser observado sintaticamente pelos
programadores.
• Além do forte acoplamento, a falta de checagem estática colabora na
introdução de falhas no código de tratamento de exceção.
• O suporte ao tratamento de exceção dos modelos dirigidos à
manutenção, como em C#, precisa ser aprimorado.
Problema

9. • Apresentar uma implementação do modelo de tratamento de exceção,
chamado ECSFlow, para a linguagem C#, que promova o aumento da
robustez, da manutenibilidade e da modularização.
▫ Definir mecanismos para representar canais excepcionais globais
▫ Definir mecanismos para fornecer suporte ao reuso do código excepcional
e que permitam a separação explícita entre os códigos normal e
excepcional.
• ECSFlow é uma concretização do modelo EFlow [5]
Objetivos

10. ECSFlow: Implementação de um modelo de tratamento de exceção para
C#
Defeito, Erro, Falha

11. Defeito, Erro, Falha
• Um sistema de software consiste de um conjunto de componentes que
interagem de acordo com o especificado em um projeto de software
• O sistema de software tem como objetivo entregar o serviço de acordo
com as especificações do projeto, mantendo-se em um estado
consistente.
• Caso na entrega do serviço, o estado sofra alguma alteração que o torne
inconsistente, ocorreu um erro.

12. Defeito, Erro, Falha
• Uma falha é a manifestação de um ou mais erros e é de percepção
externa.
• Defeito é o problema ou causa hipotética que pode ter originado o erro.
Um defeito pode ser originado internamente pelo sistema ou algum de
seus componentes (código-fonte), ou de forma externa ao sistema
(falha de hardware)

13. ECSFlow: Implementação de um modelo de tratamento de exceção para
C#
Tratamento de Exceções

14. • Torna as aplicações mais robustas e confiáveis
▫ Um tratamento de exceções deve permitir que o sistema seja capaz de
reagir apropriadamente diante de condições excepcionais, garantindo a
integridade do estado atual dos sistema
• A atividade de um sistema pode ser dividida em: normal e excepcional
Tratamento de Exceções

15. • Se o sistema não conseguir
responder uma requisição
de serviço, ele irá retornar
uma exceção.
• Classificação de exceções
• Exceções de interface
• Exceções de falha
• Exceções internas
Tratamento de Exceções

16. ECSFlow: Implementação de um modelo de tratamento de exceção para
C#
Mecanismos de Tratamento de Exceções

17. • Fornece meios de detecção, sinalização e tratamento de erros [6]
▫ (i) detecção de uma ocorrência de exceção
▫ (ii) desvio do fluxo normal do programa para o fluxo excepcional
▫ (iii) localização do código de tratamento da exceção
▫ (iv) execução do código que irá lidar com a exceção.
• Elementos dos mecanismos de tratamento de exceção
▫ sinalizador de exceção (exception signaler)
▫ tratador de exceção (exception handler)
▫ contexto de tratamento de exceções (exception handling contexts - EHC)
Mecanismos de Tratamento de Exceções

18. • Hieraquia de classes
▫ Na maioria das linguagens de programação,
uma exceção é um objeto que herda de um
tipo excepcional, por exemplo, em .NET as
exceções são subtipos de System.Exception
em Java as exceções são subtipos
de java.lang.Throwable
• Subsumption
▫ Quando uma exceção é sinalizada e não
existe um tratador específico, ela pode
ser capturada por um tratador que é um
supertipo da mesma
Mecanismos de Tratamento de Exceções

19. • Interface de Exceção
▫ A interface de exceção é utilizada em algumas linguagens de programação
para explicitar quais exceções podem ser lançadas por um método
▫ As exceções são divididas em
 (i) exceções checadas
 (ii) exceções não-checadas
▫ A linguagem C# não possui
interface excepcional
 Documentação
Mecanismos de Tratamento de Exceções

20. • Vinculação de Tratadores
▫ Há vários tipos de contexto de tratamento de exceções:
 instrução, bloco,
método, objeto, classe
e exceção
Mecanismos de Tratamento de Exceções
try {S}
catch (E1 x) {T}
catch (E2 x) {T}

21. • Ligação de Tratador
▫ Determina como o mecanismo de tratamento de exceções procura o
tratador
▫ Filtros de exceção
Mecanismos de Tratamento de Exceções
static void Main ()
{
try {
Foo.DoSomethingThatMightFail ( null );
} catch ( MyException mex) when (mex. Code == 42) {
Console . WriteLine (" Error 42 occurred ");
} catch (Exception ex) {
Console . WriteLine (" Error occurred ");
}
}

22. ECSFlow: Implementação de um modelo de tratamento de exceção para
C#
ECSFlow

23. • Os mecanismos de tratamento de exceção existentes tornam difícil a
implementação de um tratamento de erro robusto, manutenível e
modular na presença de mudanças.
• interface excepcional
• separação de responsabilidades (comportamento normal e excepcional)
• espalhamento do código excepcional
• dependência entre módulos
• reuso do comportamento normal e excepcional
• Neste contexto, este trabalho apresenta uma implementação de um modelo
de tratamento de exceção para a linguagem C#
ECSFlow

24. • O ECSFlow apresenta duas principais abstrações :
▫ Canais Excepcionais Explícitos ( explicit exception channels )
 Locais de Lançamento ( raising sites )
 Locais intermediários (intermediate sites)
 Locais dos Tratadores de Exceções ( handlers )
▫ Tratadores Conectáveis ( pluggable handlers )
ECSFlow

25. • Objetivos
▫ fornecer suporte completo para canais excepcionais explícitos e tratadores
conectáveis em uma linguagem de programação (C#);
▫ abordar as limitações do modelo tradicional de tratamento de exceção da
linguagem de programação C#.
• Especificação do ECSFlow
▫ definição dos canais excepcionais explícitos;
▫ definição dos tratadores conectáveis dos canais excepcionais;
▫ especificação das interfaces dos canais excepcionais;
▫ resolução de possíveis conflitos na definição de canais excepcionais;
ECSFlow

26. • Exemplo de um fluxo de controle de
exceção de uma aplicação open source
chamada Emby [7], um servidor de
mídia que converte e disponibiliza, via
streaming, vários tipos de mídia para
vários tipos de dispositivos
ECSFlow – Na prática

27. ECSFlow – Na prática
ECC1
Canal Excepcional Explícito
( explicit exception channels )

28. ECSFlow – Na prática
ECC1
Local de Lançamento (raising site)
para a exceção ArgumentNullException

29. ECSFlow – Na prática
ECC1
Local de Lançamento (raising site)
para a exceção ArgumentNullException

30. ECSFlow – Na prática
ECC1
Local de Tratamento
( handling site )

31. ECSFlow – Na prática
ECC1
Local de Tratamento
( handling site )
Locais Intermediários
( intermediate sites )

32. ECSFlow – Na prática
ECC1
Local de Tratamento
( handling site )
Tratadores Conectáveis
(pluggable handlers)
• Reusabilidade do tratamento de exceção
• Evita a dispersão do código excepcional em toda
a cadeia de chamada dos métodos
• Contextos de tratamento de exceção (exception
handling contexts)
▫ Componentes, métodos, classes, namespaces e
instruções

33. ECSFlow: Implementação de um modelo de tratamento de exceção para
C#
ECSFlow - Especificação

34. • Determinam como as exceções podem fluir através dos Locais de
Lançamentos, Locais Intermediários e Locais de Tratamento.
• Especificação ECSFlow
▫ ExceptionChannel
• Exemplos
▫ [assembly : ExceptionChannel ("EEC1", "ArgumentNullException")]
▫ [assembly : ExceptionChannel ("EEC1", new string []
{"ArgumentNullException","OperationCanceledException","Exception"})]
▫ [assembly : ExceptionChannel("EEC1", "SystemException", true)]
ECSFlow – Definindo Canais Excepcionais Explícitos

35. • É possível realizar a composição de vários canais excepcionais em uma
representação de canal excepcional simples, tendo cada especificação um
único local de lançamento
• Especificação ECSFlow
▫ ExceptionChannelComposite
• Exemplos:
▫ [ assembly : ExceptionChannelComposite ("EECComposite", new string []
{"EEC1"," EEC2"})]
ECSFlow – Composição de Canais

36. • É possível especificar o Local de Lançamento do canal excepcional
explícito
• Especificação ECSFlow
▫ ExceptionRaiseSite
• Exemplos:
▫ [assembly : ExceptionRaiseSite ("rSite1","MediaBrowser . Model .*")]
▫ [assembly : ExceptionChannel ("EEC1"," SystemException",true ,"rSite1")]
ECSFlow – Definindo Local de Lançamento

37. • O componente ExceptionRaiseSiteExclude representa o Local de
Lançamento que deve ser excluídos do canal excepcional
• Especificação ECSFlow
▫ ExceptionRaiseSiteExclude
• Exemplos:
▫ [ assembly : ExceptionRaiseSite ("rSite1 "," MediaBrowser . Model .*")]
▫ [ assembly : ExceptionRaiseSiteExclude ("iSite1","Post ()")]
▫ [ assembly : ExceptionChannel ("EEC1",new string [] {"SystemException"},
• true , new string [] {"rSite1","iSite1"})]
ECSFlow - Excluindo Local de Lançamento

38. • Este componente encapsula o código de tratamento de exceções que é
executado quando um determinado ponto em um canal excepcional explícito é
atingido. Especifica o Local de Tratamento.
• Especificação ECSFlow
▫ ExceptionHandler
• Exemplo:
▫ [assembly: ExceptionHandler("EEC1","ArgumentNullException","Save()",
handlerEEC1)]
ECSFlow – Definindo Tratadores Conectáveis

39. • O componente ExceptionInterface trata todas as exceções que fluem
através de um canal excepcional explícito
• Especificação ECSFlow
▫ ExceptionInterface
• Exemplos:
▫ [assembly : ExceptionInterface (" EEC2 ", " MediaBrowser . Controller .*",
typeof ( ControllerException ))]
▫ [assembly : ExceptionInterface (" EEC1 ", " MediaBrowser . Model .*")]
ECSFlow - Especificando Interfaces Excepcionais

40. • Dois canais diferentes podem, eventualmente, compartilhar o mesmo
tipo de exceção, o mesmo local lançamento e o mesmo local de
tratamento.
• O conflito é descrito pela necessidade de definir qual tratador deverá ser
executado pela primeira vez
• Especificação ECSFlow
▫ ExceptionChannelPrecedence
ECSFlow - Resolvendo Conflitos entre Canais

41. • Exemplos:
//---- Arquivo de Configuração 1 ----
[assembly: ExceptionRaiseSite("rSite1", "SaveDisplayPreferences()")]
[assembly: ExceptionChannel("EEC1", new string[] { "ArgumentNullException"}, true, "rSite1")]
[assembly: ExceptionHandler("EEC1","Save()", ...)]
[assembly: ExceptionHandler("EEC1","GetDisplayPreferences()", ...)]
//---- Arquivo de Configuração 2 ----
[assembly: ExceptionRaiseSite("rSite2", "SaveDisplayPreferences()")]
[assembly: ExceptionChannel("EEC2", new string[] { "ArgumentNullException"}, false, "rSite2")]
[assembly: ExceptionHandler("EEC2","Save()", ...)]
[assembly: ExceptionHandler("EEC2","GetDisplayPreferences()", ...)]
▫ [assembly: ExceptionChannelPrecedence("GetDisplayPreferences()", new string[] { "EEC2","EEC1"})]
▫ [assembly: ExceptionChannelPrecedence("Save()", new string[] { "EEC1","EEC2"})]
ECSFlow - Resolvendo Conflitos entre Canais

42. ECSFlow: Implementação de um modelo de tratamento de exceção para
C#
ECSFlow - Detalhes da implementação

43. • Um ambiente é composto de ferramentas, framework para execução,
linguagens de programação e biblioteca de classes que suportam a
construção de aplicações desktop, mobile, sistemas distribuídos,
componentes, páginas dinâmicas para Web e XML Web Services.
• A plataforma .NET foi construída para suportar o paradigma multi-linguagem
• O código é compilado para uma linguagem intermediaria (Intermediate
Language – IL)
Plataforma .NET

44. • Componentes da arquitetura .NET:
• Linguagem de programação;
• VB.NET, C#, F#, J#
• Metadata;
• Definições internas
• Assembly;
• unidade de código resultante (.exe, .dll)
• CLR - Common Language Runtime;
• máquina virtual, gerencia recursos
• Biblioteca de classes (Base Class Library)
• classes básicas
Plataforma .NET

45. • Análise estática consiste no processo de extração de informação sobre a
semântica do código em tempo de compilação.
• A extração pode ser feita diretamente no código-fonte ou no código objeto
(ILCode)
• Tipos de análise estática:
• Análise de código;
• Verificação estrutural;
• Análise de dados;
• Verificação de sequência
Análise Estática

46. • Ferramentas utilizadas
▫ Fody - uma ferramenta open source para modicar o IL dos assemblies .NET
em tempo de compilação.
▫ Mono.Cecil - uma biblioteca para gerar e inspecionar bibliotecas .NET
▫ Custom Attributes (anotações) – são metadados que podem ser associados a
estruturas no código e posteriormente avaliadas em tempo de compilação ou
execução do programa.
▫ ILMerge – é um utilitário que pode ser usado para realizar a união (merge) de
múltiplos assemblies em um único assembly.
ECSFlow - Detalhes da implementação

47. • Code weaving – é o processo de injetar código em uma aplicação
existente.
▫ (i) ler as informações de metadados dos módulos .NET;
▫ (ii) decodica as instruções IL em um formato mais amigável;
▫ (iii) detecta os pontos onde as novas instruções que serão injetadas;
▫ (iv) reestrutura os métodos em que o tratamento excepcional será alterado;
(v) injeta as novas instruções IL;
▫ (vi) reescreve o assembly em memória para uma representação em arquivo
binário.
▫ (vii) reescreve o assembly em disco
ECSFlow - Detalhes da implementação

48. Cronograma de Atividades

49. [1] RANDELL, B.; LEE, P.; TRELEAVEN, P. C. Reliability Issues in Computing System Design. ACM Computing Surveys, v. 10, n. 2, p. 123165, 1978.
ISSN 03600300.
[2] LEE, P.; ANDERSON, T. Dependable computing and fault-tolerant systems, vol. 3. Fault Tolerance: Principles and Practice. Springer Verlag,
New York, v. 753, 1990.
[3] RADATZ, J.; GERACI, A.; KATKI, F. Ieee standard glossary of software engineering terminology. IEEE Std, v. 610121990, n. 121990, p. 3, 1990.
[4] CACHO, N. et al. Trading robustness for maintainability: an empirical study of evolving C# programs. Proceedings of the 36th International
Conference on Software Engineering - ICSE 2014, n. iii, p. 584595, 2014.
[5] CACHO, N. A. A. Supporting Maintainable Exception Handling with Explicit Exception Channels. Tese (Doutorado) Lancaster University,
2008.
[6] GOODENOUGH, J. B. Exception handling: issues and a proposed notation. Communications of the ACM, ACM, v. 18, n. 12, p. 683 696,
1975.
[7] PULVERENTI, L. Emby. jun. 2016. Disponível em: <https://github.com/MediaBrowser/Emby>. Acesso em Junho 21, 2016.
Referências

50. Frederico Nunes do Pranto Filho
fredericopranto@ppgsc.ufrn.br
Obrigado!