Die approbierte Originalversion dieser Diplom-/Masterarbeit ist an der Hauptbibliothek der Technischen Universität Wien aufgestellt (http://www.ub.tuwien.ac.at). The approved original version of this diploma or master thesis is available at the main library of the Vienna University of Technology (http://www.ub.tuwien.ac.at/englweb/). Technical Criteria for the Productivity of Rapid Web Development Frameworks in Enterprise Java DIPLOMARBEIT zur Erlangung des akademischen Grades Diplom-Ingenieur im Rahmen des Studiums Software Engineering & Internet Computing eingereicht von Christian Thomas Matrikelnummer 0526537 an der Fakultät für Informatik der Technischen Universität Wien Betreuung Betreuer: Thomas Grechenig Mitwirkung: Mario Bernhart Wien, 12.9.2011 (Unterschrift Verfasser) (Unterschrift Betreuer) Technische Universität Wien A-1040 Wien Karlsplatz 13 Tel. +43-1-58801-0 www.tuwien.ac.at Research Group Industrial Software (INSO) Institute for Computer Aided Automation (E183) Faculty of Informatics Vienna University of Technology Master of Science Thesis Technical Criteria for the Productivity of Rapid Web Development Frameworks in Enterprise Java Author: Christian Thomas Braunspergengasse 28/10, A-1100 Wien Supervisor: Thomas Grechenig Mario Bernhart Vienna, September 12, 2011 Eidesstattliche Erklärung Hiermit erkläre ich, dass ich diese Arbeit selbständig verfasst habe, dass ich die verwen- deten Quellen und Hilfsmittel vollständig angegeben habe und dass ich die Stellen der Arbeit – einschließlich Tabellen, Karten und Abbildungen –, die anderen Werken oder dem Internet im Wortlaut oder dem Sinn nach entnommen sind, auf jeden Fall unter Angabe der Quelle als Entlehnung kenntlich gemacht habe. Wien, am 12.9.2011 CHRISTIAN THOMAS Abstract In recent years, the World Wide Web has emerged as a central part of our lives. Accord- ingly, Web Engineering nowadays is among the main activities in software development. However, due to their special characteristics, developing Web Applications is a complex task. Web Application Frameworks aim at easing this task. On the one hand, the prolifer- ation of these software-tools has made the selection of a framework a challenging task. On the other hand, the competition also led to an ongoing equalization in the market. Today, the existing Web Frameworks hardly differ regarding their functional expressive- ness, making it a insignificant criterion when choosing a framework. However, when Ruby on Rails was released in the end of 2005, it unmasked that Web development till then lacked an important factor: Productivity. Since that time, also Web Frameworks in the Java environment are increasingly facing rapid development. Five years after the first version of Rails, this thesis describes the current state-of-the-art in rapid Web development with Java. It analyzes the technical factors that altogether define a Web Application Framework’s productivity. The resulting catalog encompasses more than 120 criteria. This way, it can answer the question of which particular Web Framework to choose in an upcoming project. The catalog can also be used to base new comparisons on it and it may even foster further developments in the market. Zusammenfassung In den vergangenen Jahren hat sich das World Wide Web zu einem zentralen Bestandteil unseres Lebens entwickelt. Mithin konnte sich auch die Webentwicklung als Disziplin innerhalb der Software-Entwicklung fest etablieren. Aufgrund ihrer speziellen Charak- teristika stellt die Entwicklung von Web-Applikationen ein komplexes Unterfangen dar. Web Frameworks sollen diese Aufgabe erleichtern. Die Vielzahl vorhandener Tools macht hier zwar einerseits die Auswahl schwierig, hat inzwischen aber auch zu einer An- gleichung der Funktionalität geführt: Vorhandene Web Frameworks unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Ausdruckstärke kaum noch, so dass diese nicht länger als Kriterium bei der Wahl des passenden Werkzeugs dienen kann. Die Veröffentlichung von Ruby on Rails rückte jedoch schlagartig einen Faktor in den Vordergrund, der von vielen Lösun- gen bis dahin nicht adressiert wurde: die Produktivität des Entwicklers mit dem jeweili- gen Tool. Seitdem haben auch viele Frameworks in der Java-Umgebung agile Entwick- lung auf ihre Agenda gesetzt. Fünf Jahre nach dem Erscheinen von Rails untersucht diese Arbeit den derzeitigen Stand der Technik auf dem Gebiet und ermittelt die tech- nischen Faktoren, die die Produktivität der derzeitigen Lösungen definiert. Der resul- tierende Katalog umfasst mehr als 120 Kriterien. Er erleichtert Managern die Auswahl der passenden Web Frameworks, kann aber auch als Grundlage neuer Web Framework- Vergleiche dienen und die Entwicklung vorhandener Werkzeuge vorantreiben. Contents List of Figures.................................. vi List of Tables .................................. vi Code Listings.................................. vii List of Abbreviations.............................. viii 1 Introduction1 2 Fundamentals4 2.1 Fundamental Technologies of the WWW................. 4 2.1.1 Communication-specific Technologies.............. 5 2.1.2 Document-specific Technologies................. 5 2.2 Web Applications............................. 6 2.2.1 Towards Dynamic Web Pages .................. 6 2.2.2 Categories of Web Applications................. 9 2.2.3 Characteristics of Web Applications............... 10 2.3 The Model-View-Controller Pattern ................... 12 2.4 Specifications and Technologies in Enterprise Java ........... 13 2.4.1 Important Concepts........................ 13 2.4.2 Java Servlet Technology..................... 14 2.4.3 JSP - JavaServer Pages...................... 15 2.4.4 Bean Validation.......................... 16 2.4.5 JSF - JavaServer Faces...................... 17 2.4.6 JPA - Java Persistence API.................... 19 2.4.7 EJB - Enterprise Java Beans................... 20 2.4.8 The Spring Framework...................... 21 2.5 Web Application Frameworks ...................... 22 2.5.1 Definition............................. 22 2.5.2 Design Philosophy........................ 24 2.5.3 Taxonomy ............................ 25 2.5.4 Selection drivers ......................... 26 iii CONTENTS iv 3 Productivity in Software and Web Development 28 3.1 Measuring Productivity.......................... 28 3.2 Productivity Factors............................ 30 3.3 The Influence of a Web Application Framework............. 32 3.4 Research Questions............................ 35 4 Examined Web Frameworks 38 4.1 JBoss Seam................................ 38 4.1.1 Motivation & History....................... 39 4.1.2 Prominent Features........................ 39 4.1.3 Special Approaches to Productivity ............... 41 4.2 Grails ................................... 43 4.2.1 Motivation & History....................... 43 4.2.2 Prominent Features........................ 44 4.2.3 Programming Model of Grails.................. 49 4.2.4 Special Approaches to Productivity ............... 51 4.3 Spring Roo ................................ 51 4.3.1 Motivation & History....................... 52 4.3.2 The Roo Shell .......................... 53 4.3.3 Special Approaches to Productivity ............... 55 5 Productivity Criteria 58 5.1 Model................................... 58 5.1.1 Data Source Connection Configuration ............. 58 5.1.2 Reverse Engineering the Database................ 59 5.1.3 Top-down Development Support................. 60 5.1.4 Validation of Entities....................... 61 5.1.5 Entity Lifecycle Management .................. 62 5.1.6 Database Queries......................... 63 5.2 View.................................... 64 5.2.1 View Generation......................... 64 5.2.2 View Composition........................ 70 5.2.3 Internationalization........................ 71 5.2.4 Tag Libraries........................... 71 5.3 Controller................................. 72 5.3.1 Scaffolding............................ 72 5.3.2 Handler Mapping......................... 73 5.3.3 Data Binding........................... 74 5.3.4 Input Validation.......................... 76 5.3.5 Context Scope Management................... 77 5.3.6 View-Mapping.......................... 79 CONTENTS v 5.4 Development Support........................... 80 5.4.1 Project Generator......................... 80 5.4.2 IDE Support ........................... 82 5.4.3 Dynamic Language Support................... 83 5.5 Build & Integration Support ....................... 85 5.5.1 Build Management........................ 85 5.5.2 Environment Configuration.................... 86 5.5.3 Dependency Management .................... 86 5.5.4 Plug-ins.............................. 87 5.6 Testing................................... 88 5.6.1 Manual Testing.......................... 88 5.6.2 Unit Testing............................ 90 5.6.3 Integration Testing........................ 91 5.6.4 Functional Testing ........................ 92 6 Conclusion 93 6.1 Results................................... 93 6.2 Outlook.................................. 97 6.3 Future Work................................ 98 Bibliography 100 A Catalog of Criteria 107 A.1 Model................................... 108 A.2 View.................................... 111 A.3 Controller................................. 115 A.4 Development Support........................... 119 A.5 Build & Integration Support ....................... 121 A.6 Testing................................... 123 List of Figures 2.1 Categories of Web applications........................ 9 2.2 Model-View-Controller