Enhancing android GUI testing via dynamic GUI state abstraction

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

GUI automated testing is a well-established testing technique that aims to maximize the number of activities executed in the target application under test, thereby discovering critical bugs. The effectiveness of GUI testing heavily depends on the so-called state-abstraction method. Although various state abstraction methodologies have been proposed, their performance has often been unstable. This is because existing approaches are either too fine-grained, leading to state explosion, or too coarse, failing to distinguish distinct states, ultimately degrading the effectiveness of GUI testing.
To address these limitations, this research proposes GBALANCE, a GUI state abstraction technique that considers the balance between state explosion and the granularity of abstraction. GBALANCE consists of the following two core components. First, the Dynamic GUI Abstractor identifies the widgets that contribute significantly to state explosion and dynamically applies appropriate abstraction strategies to each widget based on its characteristics. Second, the State Explosion Monitor detects state explosion events in real time during testing and analyzes the widget attributes responsible for such issues. By removing those attributes from state definitions, it effectively prevents redundant state generation.
To evaluate the effectiveness of the proposed technique, this thesis applied GBALANCE to two well-known GUI automated testing tools, Droidbot and Humanoid. Experiments were conducted on six commercial applications with high GUI complexity, under two different device form factors: bar-type and foldable-type environments. As a result, the tools integrated with GBALANCE successfully explored 42.17% more activities on average compared to their original versions.

국문 초록 (Abstract)

GUI(그래픽 사용자 인터페이스) 자동화 테스트는 제한된 시간 내에 애플리케이션의 다양한 액티비티를 최대한 탐색함으로써, 잠재적인 오류를 효과적으로 검출하는 것을 목표로 하는 대표적인 테스팅 기법이다. 이러한 GUI 자동화 테스트의 성능은 GUI 상태에 대한 추상화 방식에 크게 좌우된다. 기존 연구들은 다양한 방법의 상태 추상화 방법을 제안하였지만, 그 기법들의 성능은 여전히 불안정했다. 이는 기존 연구에서 제안된 추상화 방식들이 지나치게 세밀하여 상태 폭발(state explosion)을 빈번히 유발하거나, 반대로 과도하게 단순화되어 상태 간의 구분을 효과적으로 하지 못한 데에 기인한다.
본 연구에서는 이러한 한계를 극복하고자, 상태 폭발과 추상화 수준 간의 균형을 고려한 GUI 상태 추상화 기법인 GBALANCE를 제안한다. GBALANCE는 다음의 두 가지 주요 단계로 구성된다. 첫째, Dynamic GUI Abstractor는 상태 폭발을 유발하는 주요 위젯을 식별한 뒤, 각 위젯의 특성에 따라 적절한 추상화 전략을 위젯 단위로 동적으로 적용한다. 둘째, State Explosion Monitor는 테스트 도중 발생하는 상태 폭발을 실시간으로 감지하고, 그 원인이 되는 위젯 속성을 분석하여 상태 정의에서 해당 속성을 제거함으로써, 불필요한 상태 재생성을 효과적으로 방지한다.
제안한 기법의 효과를 검증하기 위하여, 본 연구는 GBALANCE를 잘 알려진 GUI 자동화 테스트 도구 Droidbot과 Humanoid에 적용하였고, 복잡도가 높은 6개의 상용 애플리케이션과 두 가지 디바이스 폼팩터(bar-type 및 foldable-type) 환경에서 실험을 수행하였다. 그 결과, 제안한 기법을 기존 도구에 적용하였을 때, 적용하지 않았을 때 보다 평균 42.17% 더 많은 액티비티를 탐색하는 데 성공했다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. INTRODUCTION 1
• Chapter 2. BACKGROUND 4
• 1. Automated GUI Testing 4
• 2. State Abstraction 5
• 3. Motivation 7
• Chapter 3. Methodology 10
• 1. Overview 10
• 2. Dynamic GUI Abstractor 11
• 3. State Explosion Monitor 19
• Chapter 4. Experiments 23
• 1. Experimental Setup 23
• 2. Effectiveness of GBALANCE 26
• 3. Efficacy of Each State 28
• 4. State Balance 32
• 5. Discussions 32
• 6. Threats to Validity 34
• Chapter 5. Related Works 35
• 1. State Abstraction 35
• 2. Exploration Strategy 37
• Chapter 6. Conclusion 39
• References 40
• Korean Abstract 43