Debugging

Debugging ist in der Softwareentwicklung ein routinemäßiger Prozess zum Auffinden und Entfernen von Fehlern (Bugs) oder Anomalien in Programmen. Anhand einer methodischen Vorgehensweise und mit den entsprechenden Tools wird der Code überprüft.

Erkannte Fehler werden lokalisiert, isoliert und korrigiert, um einen ordnungsgemäßen Programmbetrieb gemäß den festgelegten Spezifikationen zu ermöglichen.

Das Debuggen spielt eine wichtige Rolle im Softwareentwicklungsprozess.  Dabei werden Softwareprogramme in einem mehrstufigen Prozess intensiven Tests, Aktualisierungen, Fehlerbehebungen und Wartungen unterzogen. Manchmal nimmt das Testen der Software auf Fehler und deren Beseitigung genauso viel Zeit in Anspruch wie das eigentliche Schreiben des Codes.

Der Debugging-Prozess selbst besteht darin, die Ursache eines Fehlers zu identifizieren und ihn anschließend zu beheben. Danach wird überprüft, ob die Anpassungen erfolgreich waren und der Fehler verschwunden ist. Dieser Prozess kann manuell oder automatisiert durch Software-Debugging-Tools durchgeführt werden. Dabei wird beispielsweise nach Syntaxfehlern, semantischen Fehlern, Logikfehlern und Implementierungsfehlern gesucht.

Der Prozess beginnt häufig direkt nach dem Schreiben des Codes. Er wird in aufeinanderfolgenden Phasen meist dann fortgesetzt, wenn der Code verändert oder mit anderen Programmiereinheiten kombiniert wird. In einem umfangreichen komplexen Programm mit Tausenden von Codezeilen vereinfachen Entwickler den Debugging-Prozess durch Strategien wie Unit-Tests, Code-Reviews und Pair Programming.

Debugging ist ein grundlegender Bestandteil der Codeverarbeitung und Softwareentwicklung. Der Überprüfungsprozess kommt zum Einsatz, wenn einfache Skripts, einzelne Prozesse, ein Modul, ein komplexes Programm oder ein komplettes Betriebssystem programmiert, weiterentwickelt und getestet werden sollen.

Die Rundum-Untersuchung des Quellcodes zielt darauf ab, enthaltene Fehler ausfindig zu machen. Damit eine entwickelte Software auf allen gewünschten Zielplattformen und -geräten wie gewünscht funktioniert, sollte auf den Einsatz eines Debuggers nicht verzichtet werden.

Beim Debugging geht es oft nicht darum, fehlerhafte Abläufe im Programmablauf zu entdecken, sondern die genaue Ursache dafür auszumachen. Anhand bestimmter Haltepunkte (breakpoints) arbeitet sich der Debugger dabei Schritt für Schritt durch den Code.

Darüber ermöglicht Debugging die die Inspektion von Daten wie beispielsweise die Inhalte von Registern, Speichern und Variablen sowie die Modifizierung von Speichern oder dem Prozessor-Register.

Das Aufspüren von Fehlern erfordern eine Menge Erfahrung in der Programmierung und gleicht einer Detektivarbeit. Mit Fortschreiten der digitalen Technologien wird auch Software inzwischen immer komplexer. Hinzu kommt, das im Zeitalter von DevOps und agiler Softwareentwicklung immer mehr Entwickler an einem Softwareprodukt arbeiten. Dadurch wird die Fehlerdiagnose auch deutlich schwieriger.

Eine neue Methode, die sich zur Unterstützung entwickelt hat, wird als „Reverse Debugging“ oder „Time-Travelling-Debugger“ bezeichnet. Reverse Debugging ermöglicht es Entwicklern, alle Programmaktivitäten (jeden Speicherzugriff, jede Berechnung und jeden Aufruf des Betriebssystems) aufzuzeichnen. Beim rückwärts navigieren und wieder abspielen der Aufzeichnung, kann der Programmstatus überprüft werden.

Wie in einer Zeitreise kann ein Entwickler einfach einen Überwachungspunkt auf die Variable mit fehlerhaften Daten setzen. Danach lässt er das Tool rückwärtslaufen, um direkt zu der Codezeile zu gelangen, die zuletzt geändert wurde. Fehler, deren Aufspüren sehr lange dauern würde, können in Minuten gefunden werden.

Durch die Linse eines Reverse-Debugger-Tools können Sie jede Codezeile so sehen, wie sie geschrieben wurde, einschließlich der Variablen und Rückgabewerte der ausgeführten Methoden. Reverse-Debugging-Tools helfen Entwicklern dabei, Prioritäten zu setzen, welche Fehler zuerst behoben werden sollten.

Debugging-Tools können Entwicklern helfen, die Fehlerbehandlung zu vereinfachen. Sie verkürzen die Zeit, die zum Beheben von Tippfehlern und Fehlern in Syntax oder Logik benötigt wird. Auf dem Markt sind viele Softwaretools vertreten, die Codierungsfehler in verschiedenen Phasen der Betriebssystem- oder Anwendungsentwicklung identifizieren können.

Ein Debugging Tool kann auftretende Ausnahmen erfassen. Es stellt Entwicklern diagnostische und kontextbezogene Daten zur Verfügung, um die Fehlerbeseitigung zu erleichtern. Einige Debugger analysieren einen Testlauf, um zu sehen, welche Codezeilen nicht ausgeführt wurden. Andere Debugging-Tools stellen Simulatoren bereit, mit denen der Programmierer modellieren kann, wie eine App auf einem bestimmten Betriebssystem oder Computer sich verhalten wird.

Ein Tool, welches wir empfehlen können ist Intellij IDEA von Jetbrains. Es ist eine intelligente, kontextsensitive IDE für Java und viel weitere Sprachen wie Kotlin, Scala und Groovy. IntelliJ enthält leistungsstarke Tools zum Festlegen von Ausführungs- und Build-Parametern, zum Analysieren und Debuggen Ihres Codes in Echtzeit sowie zuverlässige Refaktorierungs-Tools. Weitere Debugging Tools sind eclipse, Webstrom oder Visual Studio Code.

Wenn Entwicklungsteams Continuous Integration und Continuous Delivery (CI/CD) verwenden, kann das Debuggen automatisch in Komponententests während des Entwicklungsprozesses oder durch Canary-Tests erfolgen. So werden die Codeänderungen nur für eine begrenzte Anzahl von Endbenutzern in der Produktionsumgebung freigegeben.

Soll Computercode langfristig möglichst fehlerfrei funktionieren, ist der Einsatz von Debugging unverzichtbar. Bei Wilde-IT ist automatisiertes Debugging ein Teil des Softwaretesting-Prozesses und Bestandteil des gesamten Entwicklungszyklus. Debugging beginnt sobald der Code geschrieben ist und endet mit der Fertigstellung Ihres Softwareproduktes.