thesis/presentation/presentation.tex

503 lines
19 KiB

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\title{Evaluation von Zustandsverwaltungssystemen für das mobile Cross-Plattform-Framework Flutter}
\subtitle{Kolloquium}
\date{22.~April~2022}
\author{Jonas Franz}
\institute{Hochschule Darmstadt -- Fachbereich Informatik\\Kooperativer Studiengang Informatik\\Referent: Prof. Dr. Kai Renz\\Koreferent: Prof. Dr. Hans-Peter Wiedling}
\begin{document}
\maketitle
\section{Einführung}
\begin{frame}{Ziel der Arbeit}
\begin{itemize}
\item Die Zustandsverwaltung ist ein entscheidender Aspekt einer Flutter-Anwendung
\item Fragestellung: Wie lässt sich der Zustand einer Flutter-Anwendung am besten verwalten?
\item Welcher Lösungsansatz ist am beste für verschiedene Anwendungsfälle geeignet?
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}{Vorgehen}
\begin{enumerate}
\item Recherche zu bestehenden Zustandsverwaltungssystemen
\item Konstruktion von Anforderungen
\item Ableitung von Bewertungskriterien
\item Erstellung eines Versuchsaufbaus
\item Durchführung und Bewertung
\end{enumerate}
\end{frame}
\section{Grundlagen}
\begin{frame}{Grundlagen}
\begin{itemize}
\item Was ist die Aufgabe der Zustandsverwaltung in Flutter?
\item Was ist Flutter?
\item Wie funktioniert Flutter?
\item Welche Zustandsverwaltungssystem werden evaluiert?
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}{Aufgabe der Zustandsverwaltung}
\foreignblockcquote{american}[Kap.8.1.2]{flutterInAction}{State management is a combination of passing data around the app, but also re-rendering pieces of your app at the right time.}
\foreignblockcquote{american}[Kap.1]{managingStateInFlutter}{State management is simply a technique, or multiple techniques, used to take care of the changes that occur in your application.}
\end{frame}
\begin{frame}{Aufgabe der Zustandsverwaltung}
\begin{itemize}
\item Verwaltung von Änderungen in der App
\item Neu Rendern von Widgets zur richtigen Zeit
\item Verteilung von Daten innerhalb der App
\item Aufteilung in verschieden Zustandsebenen \autocite{appState}
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}{Was ist Flutter?}
\begin{itemize}
\item Flutter ist ein Cross-Plattform-Framework zur Entwicklung von Anwendungen für diverse Plattformen wie iOS und Android \autocite{flutterSupportedPlatforms}
\item Ein Quelltext-Basis für alle Plattformen
\item Ziel: Reduzierung des Aufwands bei der Entwicklung
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}{Wie funktioniert Flutter?}
\begin{columns}[onlytextwidth,T]
\column{\dimexpr\linewidth-50mm-3mm}
\begin{itemize}
\item Flutter ist ein deklaratives UI-Toolkit
\item $\Rightarrow$ Es wird nur eine \textquote{Bauanleitung} für verschiedene Zustände definiert
\item Die Benutzeroberfläche wird anhand von sogenannten Widgets zusammengesetzt
\item $\Rightarrow$ Es entsteht eine Baumstruktur aus verschiedenen Widgets
\end{itemize}
\column{50mm}
\begin{figure}
\includegraphics[width=50mm]{../chapters/basics/flutter_tree.png}
\caption{Flutter Widget-Tree (eigene Darstellung)}
\end{figure}
\end{columns}
\end{frame}
\begin{frame}{Widgets in Flutter}
\begin{itemize}
\item \textcquote[Kap.1.9]{flutterInAction}{Everything is a widget}
\item \texttt{StatelessWidget}
\begin{itemize}
\item kein eigener Zustand
\item Zustand wird über Konstruktorparameter übergeben
\end{itemize}
\item \texttt{StatefulWidget}
\begin{itemize}
\item Verwaltet eigenen Zustand
\item kann eigenen Zustand selbstständig verändern
\end{itemize}
\item \texttt{InheritedWidget}
\begin{itemize}
\item andere Widgets können auf den Zustand zugreifen
\item zugreifende Widgets ändern sich, falls sich der Zustand
\item eigener Zustand kann nicht selbstständig verändert werden
\end{itemize}
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}{Zustandsverwaltungssysteme}
\begin{itemize}
\item Mitgelieferte Werkzeuge:
\begin{itemize}
\item setState
\item InheritedWidget
\end{itemize}
\item Pattern:
\begin{itemize}
\item Business Logic Components (BLoC)
\end{itemize}
\item Bibliotheken aufbauend auf dem Provider-Prinzip
\begin{itemize}
\item Provider
\item Riverpod
\end{itemize}
\item Ansätze aus dem React-Ökosystem
\begin{itemize}
\item Redux
\item MobX
\end{itemize}
\end{itemize}
\end{frame}
\section{Bewertungskriterien}
\begin{frame}{Anforderungen und Metriken}
\begin{table}
\centering
\begin{tabular}{c|c}
\hline
\textbf{Anforderung} & \textbf{Metrik} \\
\hline
\hline
Änderbarkeit / Skalierbarkeit & qualitativ \\
\hline
Testbarkeit & qualitativ \\
\hline
Effizienz & Anzahl der Neubauten \\
\hline
Komplexität / Wartbarkeit & Maintainability-Index \\
\hline
Verständlichkeit / Lesbarkeit & qualitativ\\
\hline
Dokumentierung & qualitativ \\
\hline
Strukturbestimmung & qualitativ\\
\end{tabular}
\end{table}
\end{frame}
% \begin{frame}{Änderbarkeit / Skalierbarkeit}
% \begin{itemize}
% \item Umgang mit wachsender Größe von Zuständen
% \item Effektive Vernüpfung verschiedener Zustände
% \item Metrik: qualitativ (nicht-/teilweise-/vollständig erfüllt)
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Testbarkeit}
% \begin{itemize}
% \item Testbarkeit der Geschäftslogik
% \item Widget-Tests von Widgets, die auf Zustände zugreifen
% \item Metrik: qualitativ (nicht-/teilweise-/vollständig erfüllt)
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Effizienz}
% \begin{itemize}
% \item Wie effizient orchestriert das System das Neubauen von Widgets?
% \item Einbau von Prüfstellen
% \item Zählen der Widget-Neubauten an den Prüfstellen
% \item Metrik: Anzahl der Neubauten (kleiner ist besser)
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Komplexität / Wartbarkeit}
% \begin{itemize}
% \item Messung anhand von Quelltext-Metriken
% \item Verwendung des Maintainability-Index
% \item Kombiniert verschiedene Metriken \autocite[133]{mi}
% \begin{itemize}
% \item Halstead-Volumen
% \item Zyklomatische Komplexität
% \item Anzahl der Quelltextzeilen
% \end{itemize}
% \item Ergebnis wird auf eine Skala von 0 bis 100 abgebildet (größer ist besser)
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Verständlichkeit / Lesbarkeit}
% \begin{itemize}
% \item Werden neue Flutter-fremde Konzepte eingeführt?
% \item Gibt es eine nachvollziehbare Struktur?
% \item Wird der tiefen Verschachtelung von Widgets entgegengewirkt? (Nesting)
% \item Metrik: qualitativ (nicht-/teilweise-/vollständig erfüllt)
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Dokumentierung}
% \begin{itemize}
% \item Gibt es eine Entwickler*innen-Dokumentation?
% \item Werden die Grundkonzepte erläutert?
% \item Gibt es umfangreiche Beispiele?
% \item Metrik: qualitativ (nicht-/teilweise-/vollständig erfüllt)
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Strukturbestimmung}
% \begin{itemize}
% \item Macht das System Vorgaben an die Struktur / Architektur der Anwendung?
% \item Werden diese technisch forciert?
% \item Metrik: qualitativ (nicht-/teilweise-/vollständig erfüllt)
% \end{itemize}
% \end{frame}
\section{Versuchsaufbau}
\begin{frame}{Versuchsaufbau}
\begin{itemize}
\item Implementierung einer Beispiel-Anwendung
\item Ziel: Grundlage für die Evaluation anhand der Bewertungskriterien
\item Maintainability Index wird automatisiert erfasst
\item Die Effizienz wird über eine automatisierte Teststrecke gemessen
\begin{itemize}
\item zwei Messstellen: Warenkorb-Button und Anmeldeschalter
\end{itemize}
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}{Beispielanwendung}
\begin{figure}[h]%
\centering
\subfloat[\centering Produktliste]{{\includegraphics[width=.2\linewidth]{../chapters/realisation/product_list.png} }}%
\qquad
\subfloat[\centering Warenkorb]{{\includegraphics[width=.2\linewidth]{../chapters/realisation/cart.png} }}%
\caption{Umsetzung der Wireframes in Flutter unter iOS}%
\label{fig:realisation}%
\end{figure}
\end{frame}
\section{Ergebnisse}
\begin{frame}
\newcommand{\cmark}{\ding{51}}%
\newcommand{\xmark}{\ding{55}}%
\begin{longtable}[]{@{}l|ccccccc@{}}
Zustandsverwaltung & \rot{Änderbarkeit/Skalierbarkeit} & \rot{Testbarkeit} &
\rot{Effizienz} & \rot{Komplexität/Wartbarkeit} & \rot{Verständlichkeit/Lesbarkeit} &
\rot{Dokumentierung} & \rot{Strukturbestimmung} \\
\midrule
\endhead
ohne Zustandsverwaltung & n. a. & n. a. & 1;2 & 83 & n. a. & n. a. & n.a. \\
\tikzmarkin<2>[hl]{a}setState & \multicolumn{7}{c}{nicht umsetzbar}\tikzmarkend{a} \\
Inherited\-Widget & / & \tikzmarkin<4>[hl]{c}/\tikzmarkend{c} & 8;6 & 83 & \tikzmarkin<3-4>[hl]{b}\xmark\tikzmarkend{b} & / & \xmark \\
BLoC & \cmark & \cmark & 8;4 & 82 & \tikzmarkin<5-6>[hl]{d}\xmark\tikzmarkend{d} & \cmark & / \\
Provider & / & \cmark & 3;4 & 83 & / & \cmark & \xmark \\
Riverpod & \cmark & \cmark & 3;4 & 80 & \cmark & \cmark & \xmark \\
Redux & \xmark & / & 8;10 & 82 & / & \cmark & \cmark \\
MobX & \cmark & \cmark & 4;4 & 83 & \cmark & \cmark & / \\
\end{longtable}
\end{frame}
% \begin{frame}{setState}
% \begin{itemize}
% \item Verwendung des \texttt{StatefulWidget} zum Speichern des Zustands
% \item Umsetzung der Beispielanwendung war nicht möglich, da ein Zustand nicht über mehrere Seiten hinweg konsistent gehalten werden konnte
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{InheritedWidget}
% \begin{itemize}
% \item Verwendung des \texttt{InheritedWidget} zum Speichern des Zustands
% \item Verwendung von \texttt{StatefulWidget}s zum aktualiseren des \texttt{InheritedWidget}
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Ergebnisse: InheritedWidget}
% \begin{table}
% \centering
% \begin{tabular}{cc}
% \hline
% Metrik & Ergebnis \\
% \hline
% Änderbarkeit/Skalierbarkeit & teilweise erfüllt \\
% Testbarkeit & teilweise erfüllt \\
% Effizienz & Warenkorb-Button: 8; Anmeldeschalter: 6 \\
% Komplexität/Wartbarkeit & 83 \\
% Verständlichkeit/Lesbarkeit & nicht erfüllt \\
% Dokumentierung & teilweise erfüllt \\
% Strukturbestimmung & nicht erfüllt\\
% \hline
% \end{tabular}
% \end{table}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Business Logic Components (BLoC)}
% \begin{itemize}
% \item Komplette Trennung von Geschäftslogik und Benutzeroberfläche \autocite[17]{Faust}
% \item Änderungen und Lesen eines Zustands nur über Streams und Sinks
% \item Keine Abhängigkeiten zur Benutzeroberfläche
% \item Kein Plattformabhängiger Quelltext in den Zuständen (BLoCs) \autocite{blocTalk}
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Ergebnisse: BLoC}
% \begin{table}
% \centering
% \begin{tabular}{cc}
% \hline
% Metrik & Ergebnis \\
% \hline
% Änderbarkeit/Skalierbarkeit & vollständig erfüllt \\
% Testbarkeit & vollständig erfüllt \\
% Effizienz & Warenkorb-Button: 8; Anmeldeschalter: 4 \\
% Komplexität/Wartbarkeit & 82 \\
% Verständlichkeit/Lesbarkeit & nicht erfüllt \\
% Dokumentierung & vollständig erfüllt \\
% Strukturbestimmung & teilweise erfüllt\\
% \hline
% \end{tabular}
% \end{table}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Provider}
% \begin{itemize}
% \item Bibliothek basierend auf InheritedWidgets
% \item Nutzung von u.a. ChangeNotifier für Zustandsklassen \autocite{stateManagementThesis}
% \item Vereinfachung der Erstellung und Benutzung von Zustandsklassen
% \item Zugriff auf Zustände via Generic (z.B. \texttt{Provider.of<UserStore>(context)})
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Ergebnisse: Provider}
% \begin{table}
% \centering
% \begin{tabular}{cc}
% \hline
% Metrik & Ergebnis \\
% \hline
% Änderbarkeit/Skalierbarkeit & teilweise erfüllt \\
% Testbarkeit & vollständig erfüllt \\
% Effizienz & Warenkorb-Button: 3; Anmeldeschalter: 4 \\
% Komplexität/Wartbarkeit & 83 \\
% Verständlichkeit/Lesbarkeit & teilweise erfüllt \\
% Dokumentierung & vollständig erfüllt \\
% Strukturbestimmung & nicht erfüllt\\
% \hline
% \end{tabular}
% \end{table}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Riverpod}
% \begin{itemize}
% \item Bibliothek erweitert den Provider-Ansatz
% \item Einführung des StateNotifier für die Zustandsklassen
% \begin{itemize}
% \item Trennung von Zustandsdaten und Zustandslogik
% \end{itemize}
% \item Zugriff auf Zustände über globale Variablen
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Ergebnisse: Riverpod}
% \begin{table}
% \centering
% \begin{tabular}{cc}
% \hline
% Metrik & Ergebnis \\
% \hline
% Änderbarkeit/Skalierbarkeit & vollständig erfüllt \\
% Testbarkeit & vollständig erfüllt \\
% Effizienz & Warenkorb-Button: 3; Anmeldeschalter: 4 \\
% Komplexität/Wartbarkeit & 80 \\
% Verständlichkeit/Lesbarkeit & vollständig erfüllt \\
% Dokumentierung & vollständig erfüllt \\
% Strukturbestimmung & nicht erfüllt\\
% \hline
% \end{tabular}
% \end{table}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Redux}
% \begin{itemize}
% \item Ansatz stammt aus dem React-Ökosystem
% \item Ein Zustand für die gesamte Anwendung
% \item Der Gesamtzustand (Store) ist unveränderlich
% \item Der Store kann nur durch Reducer ersetzt werden \autocite[Kap.1.3.2f]{redux}
% \end{itemize}
% \begin{figure}
% \includegraphics[width=\textwidth]{../chapters/basics/reduxflow.jpg}
% \caption{Datenfluss in Redux \autocite[Kap.1.3.3]{redux}}
% \end{figure}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Ergebnisse: Redux}
% \begin{table}
% \centering
% \begin{tabular}{cc}
% \hline
% Metrik & Ergebnis \\
% \hline
% Änderbarkeit/Skalierbarkeit & nicht erfüllt \\
% Testbarkeit & teilweise erfüllt \\
% Effizienz & Warenkorb-Button: 8; Anmeldeschalter: 10 \\
% Komplexität/Wartbarkeit & 82 \\
% Verständlichkeit/Lesbarkeit & teilweise erfüllt \\
% Dokumentierung & vollständig erfüllt \\
% Strukturbestimmung & vollständig erfüllt\\
% \hline
% \end{tabular}
% \end{table}
% \end{frame}
% \begin{frame}{MobX}
% \begin{itemize}
% \item Ansatz stammt ebenfalls aus dem React-Ökosystem
% \item Ziel: Vereinfachung von Ableitungen von Informationen aus dem Anwendungs-Zustand
% \end{itemize}
% \end{frame}
% \begin{frame}{MobX: Grundkonzepte}
% \begin{columns}
% \column{\dimexpr\linewidth-80mm-18mm}
% \blockcquote[130]{mobx}{\begin{itemize}\item Observables [...]
% \item Computed Values [...]
% \item Reactions [...]
% \item Actions [...]
% \end{itemize}}
% \column{80mm}
% \begin{figure}
% \includegraphics[width=80mm]{mobx.png}
% \caption{Ablaufdiagramm \autocite{mobxDocs}}
% \end{figure}
% \end{columns}
% \end{frame}
% \begin{frame}{Ergebnisse: MobX}
% \begin{table}
% \centering
% \begin{tabular}{cc}
% \hline
% Metrik & Ergebnis \\
% \hline
% Änderbarkeit/Skalierbarkeit & vollständig erfüllt \\
% Testbarkeit & vollständig erfüllt \\
% Effizienz & Warenkorb-Button: 4; Anmeldeschalter: 4 \\
% Komplexität/Wartbarkeit & 83 \\
% Verständlichkeit/Lesbarkeit & vollständig erfüllt \\
% Dokumentierung & vollständig erfüllt \\
% Strukturbestimmung & teilweise erfüllt\\
% \hline
% \end{tabular}
% \end{table}
% \end{frame}
\section{Fazit}
\begin{frame}{Zusammenfassung}
\begin{itemize}
\item Fast alle Systeme konnten evaluiert werden
\item Metriken waren größtenteils aufschlussreich
\item Riverpod und MobX haben die besten Bewertungen erzielt
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}{Empfehlungen}
\begin{itemize}
\item Große Anwendungen: MobX
\item Mittelgroße Anwendungen: Riverpod
\item Kleine Anwendungen: InheritedWidget / Provider
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}[noframenumbering,plain,allowframebreaks]{Quellen}
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\printbibliography[heading=none]
\end{frame}
\end{document}