（計算機軟件與理論專業(yè)論文）基于uml20圖的cbd軟件集成測試方法研究.pdf

中文摘要 面向構(gòu)件的軟件開發(fā)方法己成為軟件工程領域的熱點。目前7 0 的軟件都是基 于構(gòu)件開發(fā)的，它秉誠“購買而不創(chuàng)建，組裝即成”的開發(fā)哲學，從根本上改變了軟 件開發(fā)方式，提高了軟件復用性和開發(fā)效率。c b d 軟件開發(fā)的核心是構(gòu)件組裝。軟 件集成測試是組裝工作是否有效的檢驗者，它關系至i j c b d 軟件開發(fā)工作的成敗。由 于c b d 軟件具有源代碼未知，應用環(huán)境復雜等特點，傳統(tǒng)的軟件集成測試技術，對 于解決這些問題，將會面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。相比之下，基于u m l 模型的c b d 軟件集成 測試技術取得了不錯的成果，國內(nèi)外已有不少關于這方面的成果，但基本上都是基 于u m l l x n 交互圖生成測試用例而進行測試，都沒有充分整合u l 2 0 各種模型的 新特性而進行更有效的測試。因此，研究基于u m l 2 0 模型的c b d 軟件集成測試方法 具有重要意義。 本文首先在對u m l 2 0 模型中的狀態(tài)機進行分析的基礎上，結(jié)合構(gòu)件圖將狀態(tài)機 擴展為具有事件語義的模型( e c s m ) 。并將“順序”定義為強順序和弱順序以解決 u m l 2 0 順序圖( s d ) q u 的“順序”所描述語義的不準確性問題。然后將e c s m 和s d 進行 有機集成，給出了一種可描述構(gòu)件交互的模型( 可擴展的構(gòu)件交互模型e c s d ) 。由 于e c s d 包含的信息量多而不便于分析，文中構(gòu)造了可以簡化e c s d 模型的消息交互 流程圖模型( m i s g ) ，給出了基于m i s g 模型生成測試場景和測試覆蓋準則的算法。 同時，分析了c b d 軟件的測試數(shù)據(jù)準備生成策略，設計了一種的基于m i s g 模型的測 試用例生成方法，并以a t m 系統(tǒng)為例，使用r a t i o n a lr o s e 對a t m 系統(tǒng)進行建模和分 析，得到m i s g 模型，在此基礎上生成了測試用例，達到了預期的效果。最后，本文 提出了一種基于u m l 2 0 模型的c b d 軟件集成測試框架( c s i t f ) ，并進行了框架總 體設計，關鍵模塊設計及核心算法設計。該模型對設計c b d 軟件集成測試工具提供 了一種思路。 關鍵詞：構(gòu)件測試；u m l 2 0 ；集成測試框架；m i s g ； a b s t r a c t c o m p o n e n t 。o r i e n t e d s o f t w a r e d e v e l o p m e n t m e t h o dh a sb e c o m ea r e s e a r c hh o ti nt h ef i e l do f s o f t w a r ee n g i n e e r i n g n o w7 0 o ft h es o f t w a r ei s c o m p o n e n t - b a s e dd e v e l o p m e n t i ti si ng o o df a i t h r a t h e rt h a nc r e a t i o nb u t p u r c h a s ea n do n l ya s s e m b l y ，w h i c hf u n d a m e n t a l l yc h a n g e dt h ew a yo f s o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，a n d i m p r o v e de f f i c i e n c yo f s o f t w a r er e u s a b i l i t y c o m p o n e n ta s s e m b l yi st h ec o r eo ft h ec b ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t w h e t h e r t h e c o m p o n e n t sa s s e m b l yw o r ke f f e c t i v e l y o rn o t ，s o f t w a r ei n t e g r a t i n g t e s t i n gi sr e l a t e dt ot h es u c c e s so rf a i l u r eo fc b d s o f t w a r ed e v e l o p m e n ta sa c h e c k e r d u et ot h ec h a r a c t e r i s t i c st h a tc b ds o f t w a r es o u r c ec o d ea r e u n k n o w n ，a n dc o m p l e xa p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t s ，t h et r a d i t i o n a ls o f t w a r e t e s t i n gt e c h n i q u e sw i l lf a c es e v e r ec h a l l e n g e s i nc o n t r a s t ，u m l - b a s e d i n t e g r a t i o nt e s t i n gf o rc o m p o n e n t - b a s e ds o f t w a r eh a sa c h i e v e dg o o dr e s u l t s ， t h e r ea r ea c h i e v e m e n t si nt h i sa s p e c t ，b u tb a s i c a l l ya l la r eb a s e do nt h e i n t e r a c t i v ed i a g r a p hu m l1 xt og e n e r a t et e s tc a s e sa n dt h e nt e s t ，n om o r e e f f e c t i v et e s t i n gc a nb ep r o c e s s e dw i t h o u tu t i l i z i n gn e wf e a t u r e so ff u l l y i n t e g r a t e dm o d e lu m l 2 0 t h u s ，r e s e a r c ho fu m l 2 0 - b a s e dc b ds o f t w a r e i n t e g r a t i o nt e s t i n gh a st h ev i t a ls i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r ，b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h es t a t em a c h i n eo fu m l 2 0 ，t h e s t a t em a c h i n ef o re v e n ts e m a n t i c sm o d e l ( e c s m ) w i t ht h ec o m b i n a t i o no f c o m p o n e n t d i a g r a p hi se x p a n d e d f o rs o l v i n gt h en o n - s e m a n t i ca c c u r a c yo f “s e q u e n c e d e s c r i b e di ns d ，s e q u e n c e sa r ed i v i d e di n t os t r o n ga n dw e a k ， a n dam o d e ld e s c r i b i n gt h ei n t e r a c t i v ec o m p o n e n t s ( e x t e n s i b l ec o m p o n e n t i n t e r a c t i o nm o d e le c s d ) i sc o n s t r u c t e db yi n t e g r a t i n ge c s ma n ds d s i n c e t h ee c s dc o n t a i n sg r e a ta m o u n to fi n f o r m a t i o na n dn o te a s yf o ra n a l y s i s ，a n e wf l o wc h a r to fi n t e r a c t i o n ( m i s g ) m o d e li sp r o p o s e dw h i c hc a r ls i m p l i f y e c s d ，a n daa l g o r i t h mf o rt h et e s t s c e n a r i oa n dt e s t c o v e r a g e c r i t e r i a g e n e r a t e db a s e do nm i s gm o d e li sp r o p o s e d a tt h es a m et i m e ，t h et e s td a t a i l l i sa n a l y z e df o rp r e p a r a t i o nt og e n e r a t es t r a t e g i e so fc b ds o f t w a r e a n da t m s y s t e mi st a k e na sa ne x a m p l e ，a n dr a t i o n a lr o s ei su s e df o rt h em o d e l i n g a n da n a l y s i s ，t h ed e s i r e dr e s u l t sh a sb e e na c h i e v e do nt h eb a s i so ft e s tc a s e s w h i c hh a v eb e e ng e n e r a t e d f i n a l l y ，t h i sp a p e rp r o p o s e su m l 2 0 一b a s e dc b d s o f t w a r ei n t e g r a t i o nt e s t i n gf r a m e w o r k ( c s i t f ) ，a n dd e s i g n st h ea r c h i t e c t u r e o ff r a m e w o r k , t h ec o r em o d u l e sa n dt h ec o r ea l g o r i t h m s t h ef r a m e w o r k p r o v i d e san e ww a yf o rt h ed e s i g no fc b ds o f t w a r ei n t e g r a t i o nt e s t i n gt o o l s k e y w o r d s ：c o m p o n e n tt e s t i n g ； u m l 2 o ： i n t e g r a t i o nt e s t i n gf r a m e w o r k ； s g ： i v 聲明戶明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在指導教師的指導下， 獨立進行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文 不包含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究 做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本聲明的 法律責任由本人承擔。 作者簽名： 日期：弓幽l 關于學位論文使用權的說明 本人完全了解太原科技大學有關保管、使用學位論文的規(guī)定，其 中包括：學校有權保管、并向有關部門送交學位論文的原件、復印 件與電子版；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其它復制手段復制并保存 學位論文；學校可允許學位論文被查閱或借閱；學校可以學術交 流為目的，復制贈送和交換學位論文；學?？梢怨紝W位論文的全 部或部分內(nèi)容( 保密學位論文在解密后遵守此規(guī)定) 。 作者簽名： 導師簽名： 期 期 日 日 第章緒論 第一章緒論 1 1 課題研究背景和意義 軟件測試是對軟件規(guī)格說明、軟件設計和編碼的最后審核，其目的是在產(chǎn)品交 付前盡可能發(fā)現(xiàn)軟件中潛伏的錯誤【1 1 。大量統(tǒng)計表明，軟件測試工作量往往占軟件開 發(fā)總工作量的4 0 以上【2 】，對于一些要求高可靠性、高安全性的軟件，其測試費用可 能相當于整個軟件開發(fā)總費用的3 至5 倍1 3 1 。因此，研究可靠的軟件測試方法和實用 有效的軟件測試工具是提高軟件開發(fā)效率，降低軟件成本的重要的環(huán)節(jié)。 隨著軟件設計方法學的發(fā)展，面向構(gòu)件的軟件開發(fā)方法正在逐步取代傳統(tǒng)的面 向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法，并將成為新的趨勢【5 1 。截至目前為止，大約有8 0 的軟件系 統(tǒng)都是基于構(gòu)件技術的【6 】。由于構(gòu)件具有獨立功能，獨立發(fā)布，遵循特定構(gòu)件規(guī)范， 支持可復用和可集成的二進制的功能塊【4 】等特點，使得基于構(gòu)件的軟件工程更具優(yōu) 勢。但同時構(gòu)件的跨平臺，跨語言和源代碼不可知的特點，導致了構(gòu)件化軟件系統(tǒng) 的測試難度非常大。 其實，對于構(gòu)件化軟件而言，軟件測試的問題實質(zhì)上集中在構(gòu)件集成測試的問 題上。通過學者觀察和研究，7 0 以上的測試問題都來源于構(gòu)件的交互。所以構(gòu)件交 互測試是c b d 軟件的集成測試的重點。而o m g 組織的u m l 2 0 模型能對c b d 軟 件進行建模，建模過程中能得到各種u m l 2 0 圖形，這些圖形很好的表達了構(gòu)件化 軟件的動態(tài)交互過程【引。因此，研究基于u m l 2 0 模型的可測試模型，并研究構(gòu)件集 成測試方法具有重要意義。 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近幾年來，構(gòu)件化軟件開發(fā)方法在國內(nèi)外得到了充分的發(fā)展，北京大學，中科 院軟件研究所等發(fā)表了不少論文，普元公司，北大青鳥公司，上海構(gòu)件庫等在工程 方面取得較好的成果。而關于c b d 軟件的集成測試的研究主要在國外展開。目前主 要成果有以下幾個： ( 1 ) 基于u m l l x 的構(gòu)件化軟件的集成測試技術。目前有兩種基于這種測試技術 的方法：基于狀態(tài)的測試技術1 2 】【1 3 】【1 4 】f 1 7 】【1 9 】【4 1 1 和基于事件流的測試技術【1 5 】【1 6 1 。前一 種主要是根據(jù)u m l l x 的狀態(tài)圖得到構(gòu)件在交互過程中的狀態(tài)改變情況，而進行分 析，構(gòu)造基于狀態(tài)的測試模型。這種方法的缺點是：狀態(tài)信息并不能充分表達系統(tǒng) 基于u m l 2 0 圖的c b d 軟件集成測試方法研究 真實運行時的情況，例如：構(gòu)件間可能發(fā)生了交互，但交互沒有導致構(gòu)件狀態(tài)的變 化，這種情況就無法在狀態(tài)圖中反映出來。后一種測試方法主要是根據(jù)u m l l x 模 型中的順序圖協(xié)作圖來分析交互過程，得到事件流，從而得到相關的可用計算機處 理的模型。在這方面比較有代表性的有：j e a l l 等9 1 ，h o i j i n ( 盯，f r a i k i i l 【2 0 】和y e 【2 1 】它 們都是都是通過分析序列圖來構(gòu)造測試模型的。這種方法的缺點是：它完全基于事 件序列圖來構(gòu)造測試模型，而沒有充分的反映構(gòu)件每次事件作用后的狀態(tài)信息。因 此，考慮怎樣把兩種方法有機的結(jié)合起來，是基于這種方法研究的核心。本文的研 究就是基于這個想法來展開的。 ( 2 ) 基于序列的技術【3 3 】這種技術主要是基于數(shù)據(jù)流圖的思想，從兩個方面來 對構(gòu)件軟件進行測試的：對于單個構(gòu)件的測試和對于整個構(gòu)件組合的測試。第一個 方面主要是根據(jù)構(gòu)件相關的規(guī)格說明文檔及第三方提供的說明書，進行信息提取， 從而畫出數(shù)據(jù)流圖，生成測試序列。后一個方面主要是分析構(gòu)件間的事情交互情況， 得到事件的傳播過程，從而推導出事件的交互序列。然后綜合這兩個方面來進行測 試。這種方法的缺點是：如果構(gòu)件化系統(tǒng)中的構(gòu)件數(shù)據(jù)非常大的時候，獲取方法序 列的難度非常巨大。 ( 3 ) 基于構(gòu)件交互圖( c i g ) 的構(gòu)件系統(tǒng)測試技術【2 7 】這種方法的思想是：通過分析 得知構(gòu)件系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)問題的地方就是構(gòu)件間的交互問題，所以它就從這個方 面來分析構(gòu)件間的交互所引起的問題。主要是采用靜態(tài)分析交互情況和動態(tài)跟蹤構(gòu) 件實際運行過程的方法，從而得到各種相關的流圖，然后對這些流進行建模和分析， 得到測試用例。這種方法的優(yōu)點是不需要知道構(gòu)件的源代碼就可以進行。缺點是： 如果被測試的構(gòu)件化軟件規(guī)模非常大，分析交互就非常復雜。 ( 4 ) 基于構(gòu)件軟件流圖( c b s f g ) 的測試技術1 2 引，這種測試技術的主要思想是借 助于數(shù)據(jù)流圖和控制流程圖的思想，將c b d 軟件圖形化。這個過程主要是通過規(guī)格 說明文檔來推導的一些可視化信息，并能通過圖形來表示的。這種方法的優(yōu)點：它 不是用單獨的白盒測試或者黑盒測試，而是綜合兩者來提取一切可視化的信息來構(gòu) 造c b s f g 圖，缺點是這種圖形化表示的信息不是非常準確，有時也不好把握，隨著 構(gòu)件化軟件規(guī)模的擴大，難度也隨著增加。 ( 5 ) 基于內(nèi)建式的測試技術( b u i l d i nt e s t ( b i t ) ) 【2 2 】【2 3 】【2 4 】這種測試方法的思 想是：構(gòu)件可測試性的構(gòu)件，它將一些可用來幫助測試的方法編寫好后，植入到構(gòu) 件的內(nèi)容，當程序啟動時，就可以根據(jù)這些方法來跟蹤和檢驗測試過程，并將信息 2 第一章緒論 記錄下來，從而進行分析。這種方法的優(yōu)點是：可以非常具有可行性和可操作性。 缺點是：植入那些方法，這些方法是否參測試造成影響等都無法預測。 ( 6 ) 基于t d s ( t e c h n i q u ed e v e l o p m e n tf r a m ew o r d s ，a n dq u a l i t ya s s u r a n c e s c h e m e s ) 【2 9 】的測試技術。這種技術的思想是：根據(jù)構(gòu)件的接口以及接口中的事件， 根據(jù)這些信息利用相應的算法進行歸納整理，從而產(chǎn)生測試用例。這種方法的優(yōu)點 是：提出了構(gòu)件測試充分性的判定條件。缺點是通過這種方法得到的測試信息并足 夠，真正實現(xiàn)充分性的測試的難度比較大。 1 3 研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu) 本文在對c b d 軟件的集成測試和基于u m l 2 0 測試的相關理論的認真研究的基 礎上，首先使用u m l 2 0 對c b d 軟件建模，得到c b d 軟件的構(gòu)件圖，狀態(tài)機和交 互圖，將構(gòu)件圖和狀態(tài)圖所描述的信息進行整合，構(gòu)造一種具有事件語義的可描述 構(gòu)件交互的模型( e c s m ) ，然后著重探討了順序圖中所描述的構(gòu)件交互語義具有比 較大的局限性的問題，并采用將描述的交互場景細化為強弱順序關系來解決這個問 題。由于e c s m 和c d 間具有事件語義上的聯(lián)系，將兩者有機的集成起來，構(gòu)造成 一個可充分描述構(gòu)件間的交互能力的模型( 擴展的構(gòu)件順序圖模型e c s d ) ，但是這 種模型是完全圖形化的，并且信息量大不便于處理。因此，在此基礎上又提出了一 種可用于處理的消息交互數(shù)據(jù)流模型( m i s g ) ，并分析出了基于m i s g 模型的測試覆 蓋準則以及基于m i s g 模型生成測試場景的方法。根據(jù)文中的模型以及構(gòu)件的規(guī)格 說明，產(chǎn)生了測試準備數(shù)據(jù)，然后提出了一種基于m i s g 模型生成測試用例的方法， 并通過a t m 系統(tǒng)來驗證了該方法具有可行性。最后本文提出了一種基于u m l 2 0 模 型的c b d 軟件的集成測試框架，并進行了框架總體設計，關鍵模塊設計，核心算法 設計及核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該測試框架為解決c b d 軟件集成測試的核心問題提供了一種 思路，同時也為開發(fā)c b d 軟件測試工具提供了參考。 本文共分六章，具體章節(jié)的內(nèi)容按如下的順序編排： 第二章c b d 軟件集成測試的有關問題。首先分析了構(gòu)件的相關理論，包括構(gòu) 件的定義，構(gòu)件標準。然后分析了c b d 軟件的特點，以及c b d 軟件集成測試的相 關問題。 第三章u m l 2 0 及其測試。首先分析了u m l 2 0 相關的新特性，并將u m l 2 0 與u m l l x 進行了比較。然后重點分析了u m l 2 0 對構(gòu)件的支持。最后分析了基于 u m l 2 0 的構(gòu)件化軟件的建模方法。 3 基于u m l 2 0 圖的c b d 軟件集成測試方法研究 第四章一種基于u m l 2 0 圖的生成測試用例的場景模型。首先分析了構(gòu)件圖對 于測試的優(yōu)點。接著介紹了構(gòu)件狀態(tài)機的特點以及用于集成測試中的不足，并結(jié)合 構(gòu)件對狀態(tài)機進行了擴展。然后介紹了構(gòu)件順序圖，并重點分析了“順序”所描述的 語義具有的局限性。最后，通過分析兩者的聯(lián)系，并將兩者集成起來，并生成可處 理的消息流程圖模型，以及生成測試用例的方法。 第五章基于u m l 2 0 的c b d 軟件集成測試的框架。介紹了c s i t f 的功能描述， 原型設計，核心功能的實現(xiàn)，以及相關的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 第六章總結(jié)與展望?？偨Y(jié)語，對系統(tǒng)開發(fā)過程中取得的成果和存在的問題進行 系統(tǒng)的總結(jié)和分析，并對下一步的研究方向和策略進行展望。 4 第一章c b d 軟件的集成測試中若干問題 第二章c b d 軟件的集成測試中若干問題 構(gòu)件是按照一定規(guī)范編寫的具有特定功能的可復用的程序模塊。構(gòu)件的廣泛應 用，使得c b d 軟件的測試和維護問題越來越受到人們的重視。c b d 軟件主要是復用 已有構(gòu)件或者c t o s 構(gòu)件構(gòu)造新的軟件系統(tǒng)，從而提高開發(fā)效率和質(zhì)量，因此構(gòu)件 化構(gòu)件系統(tǒng)的集成測試就顯得非常重要了，只有做好集成測試，才能保證新系統(tǒng)的 正確性和可靠性。本章將主要討論當前的主流構(gòu)件標準，以及構(gòu)件化軟件集成測試 中存在的各種問題。 2 1 構(gòu)件的定義 構(gòu)件正處于發(fā)展階段，所以目前還沒有一個明確的定義。s z y p e r s k i 2 5 】把構(gòu)件定 義為“軟件構(gòu)件是一個僅帶特定契約接口和顯式語境依賴的結(jié)構(gòu)單元”，同時他還寫 道：t - 軟件構(gòu)件可以獨立部署，易于第三方整合。著名的b r o w n 2 7 1 和w a l l n a u 2 8 1 描述 構(gòu)件為“一個非平凡的、幾乎獨立的、可替換的系統(tǒng)組成部分，它在定義完善的體系 結(jié)構(gòu)環(huán)境中實現(xiàn)某一清晰的功能”。c l e m e n s 2 9 1 認為：構(gòu)件是一個獨立部署的的單元， 是一個第三方合成的單元，構(gòu)件沒有一致性的狀態(tài)。g a r t n e rg r o u p 3 川認為軟件是運 行時軟件，它是一個可動態(tài)綁定的、含一個或多個程序的軟件包，它作為一個獨立 單位，通過運行時可辨別的文檔化接口加以管理和存取。下面本文將給出構(gòu)件的定 義： 構(gòu)件定義構(gòu)件是一個具有獨立功能的可復用的功能模塊，它通過接口向外提供服 務。構(gòu)件可以定義為一個六元組： s p e ，i m p ，d e p ，s t a ，p a e ，t e s t ) ，其中s p e 為構(gòu)件 說明，i m p 為構(gòu)件實現(xiàn)體，d e p 表示可被組裝，s t a 為構(gòu)件模型，p a c 表示可包裝，t e s t 表示可被測試。 ( 1 ) 構(gòu)件說明。它是構(gòu)件定義中最重要的部分。構(gòu)件說明主要包括：構(gòu)件的 適用環(huán)境及使用方法說明，接口定義，構(gòu)件所具有的功能說明，構(gòu)件的組裝規(guī)格說 明。 ( 2 ) 構(gòu)件實現(xiàn)體。構(gòu)件一般是由一方定義，一方開發(fā)，另一方使用的流程。由 于功能需求不同，所以需要產(chǎn)生多個構(gòu)件實現(xiàn)體。使其具有更強的復用性。 ( 3 ) 可被組裝。構(gòu)件的設計目的就是為了能用構(gòu)件快速組裝成新的系統(tǒng)。可組 裝主要包括：構(gòu)件組裝的基礎設施說明，組裝時順序要求，組裝時的異常處理說明， 組裝有效的驗證工作。 5 基于u m l 2 0 圖的c b d 軟件集成測試方法研究 ( 4 ) 構(gòu)件模型由于構(gòu)件最終的目的是為了大量復用，因此在開發(fā)時需要選擇 盡量通用的構(gòu)件模型來做開發(fā)，構(gòu)件模型定義了關于發(fā)重用軟件構(gòu)件和構(gòu)件之間相 互通信的一組標準的描述。應具有自描述性，可集成性和可定制性。 ( 5 ) 可包裝。這點主要是從功能組合來考慮的。通過對不同的構(gòu)件進行包裝或 者改造，能具有新的功能。 ( 6 ) 可測試性。由于一般是商業(yè)構(gòu)件，因此能夠?qū)?gòu)件設計成可測試的，對將 來復有時有著很多的支持。 2 2 構(gòu)件標準 目前軟件行業(yè)內(nèi)的構(gòu)件標準有四個：o m g 提出的c o r b a ( c o m m o no b j e c t r e q u e s tb r e a k e ra r c h i t e c t u r e ) ，微軟提出的c o m ( c o m p o n e mo b j e c tm o d e l ) ，還有s a i l 公司提出的e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n ) 和w e b 服務。 c o r b a 的優(yōu)點在于其與開發(fā)語言無關的語言獨立性，與開發(fā)者無關的廠商獨立 性以及與操作系統(tǒng)無關的平臺獨立性，即提供跨平臺的能力，其缺點在于其技術規(guī) 范十分復雜，而且沒有規(guī)定實現(xiàn)細節(jié)。因此不同版本的c o r b a 產(chǎn)品互不相同，會 帶來互操作性與移植的大量問題。另外，c o r b a 開發(fā)工具相對而言比較缺乏，開發(fā) 難度較大。其體系結(jié)構(gòu)圖如圖2 1 所示 圖2 - lc o r b a 體系結(jié)構(gòu) f i 9 2 - 1a r c h i t e c t u r eo fc o r b a c o m 體系結(jié)構(gòu)如圖2 2 所示，其優(yōu)點在于開發(fā)容易、商品化構(gòu)件多和易于使用， 其缺點在于其技術為微軟專有。技術上的壟斷帶來的結(jié)果就是c o m 技術只能在 w i n d o w s 平臺上實現(xiàn)，代碼的可重用性和跨平臺性能相對較差。c o m + 把c o m ， d c o m 和m t s ( m i c r o s o f tt r a n s a c t i o ns e r v e r ) 組合在了一起，使c o m + 成為一個完整 6 第二章c b d 軟件的集成測試中若干問題 的構(gòu)件體系結(jié)構(gòu)。三者有機地統(tǒng)一起來，同時新增了一些服務如負載平衡、內(nèi)存數(shù) 據(jù)庫、事件模型、隊列服務等，形成一個概念新、功能強的構(gòu)件體系結(jié)構(gòu)。 耵s c o 叼、t a c t l v e 夏d m r e c x ! cc n p o u n d d o c u m e n t1 0 l e ) ：翌! 一 ! 塑 c 儺工r 正r a s t r u c 吒1 1 r e 圖2 - 2c o m c o m + d c o m 體系結(jié)構(gòu) f i 薩2a r c h i t e c t u r eo fc o m c o m + d c o m e j b 體系結(jié)構(gòu)如圖2 3 所示。它是由這兩種核心分布式技術演化來的，提供一個 標準的分布的、基于o o 的組件架構(gòu)，屏蔽復雜的系統(tǒng)級功能需求，w r i t eo n c e ，r t l na n y w h e r e ，與非j a v a 應用程序之間的互操作n p , j 3 。 i r o k e 耵b c o n ta i n e r e j bs e r v e r 耵bc l i e m ；：= k = e t = h o = d s = = ：, ， 一、 ：。 l t v v k ee 丁b t h o d s = = = = = = = ， 圖2 - 3r m i e 3 b 體系結(jié)構(gòu) f i g2 - 3a r c h i t e c t u r eo f r m i e j b w e b 服務是一套構(gòu)件開發(fā)標準，如果2 - 4 所示，它主要包括s o a p ，w s d l ( w e b 服 務描述語言) ，u d d z ( 通用描述發(fā)現(xiàn)，集成) 和w s i l ( w e b 服務檢查語言) 有三個 獨立的角色：服務提供者，服務請求者和服務代理者。三個角色通過服務的發(fā)布， 查找，綁定進行交互。服務提供者通過用代理者的發(fā)布接口讓客戶能訪問服務來通 知代理者服務存在。發(fā)布信息描述了服務并說明服務定位在o j i j j l 。服務請求者詢問 代理者服務的定位。根據(jù)從代理者獲得的服務信息，請求者可以綁定或者調(diào)用這個 服務。 b i n d k 呈! 二竺夕心竺竺：! 蘭竺夕 l 。八 f i n d 圖2 - 4 w e b 服務體系結(jié)構(gòu) 7 基于u m l 2 0 圖的c b d 軟件集成測試方法研究 f i g2 - 4a r c h i t e c t u r eo f w e bs e r v i c e 2 3c b d 軟件的集成測試的特點 由于c b d 軟件具有與傳統(tǒng)軟件不同的新特性 2 1 1 3 ：( 1 ) 由源代碼不可見的構(gòu)件組 裝的高松耦合的系統(tǒng)。( 2 ) 構(gòu)件更換容易，系統(tǒng)演化速度快。( 3 ) 系統(tǒng)的可靠性高度依 賴于構(gòu)件及其構(gòu)件間的交互。( 4 ) 系統(tǒng)具有很好的擴展性和復用性1 4 j 。從而導致了構(gòu) 件系統(tǒng)測試難度大。而構(gòu)件通常是通過接口向外提供服務的，客戶端只能通過接口 來調(diào)用相關方法得到服務。一般用來構(gòu)造系統(tǒng)的構(gòu)件都是經(jīng)過完整的單元測試，但 是當它們構(gòu)造系統(tǒng)時可能會產(chǎn)生各種交互錯誤，還有可能是接口提供的功能大于當 前新系統(tǒng)的功能，而且這些錯誤不易被觀察到。本文主要是從構(gòu)件使用的角度來分 析c b d 軟件的集成測試。我們從以下幾個方面來探討基于構(gòu)件的開發(fā)對軟件測試的 影響，以及基于構(gòu)件的軟件測試的特點。 ( 1 ) 構(gòu)件是c b d 軟件的最小組成單位c b d 軟件是復用已有的或自行開發(fā)的構(gòu) 件而組成的。構(gòu)件是封裝了數(shù)據(jù)和方法的功能休。我們可以認為構(gòu)件是構(gòu)成c b d 軟 件的基本單位，構(gòu)件質(zhì)量的好壞直接影響到c b d 軟件的質(zhì)量。 ( 2 ) 需要兩種不同目的的測試工作c b d 軟件的開發(fā)過程就是將現(xiàn)有的構(gòu)件進 行集成的過程。其中，構(gòu)件可能是自行開發(fā)或者是第三方提供的。如果是自行開發(fā)， 為了保證構(gòu)件的質(zhì)量，需要測試人員對構(gòu)件進行單元測試。如果是第三方提供的也 需要進行功能驗證【3 3 】【4 0 1 。當把構(gòu)件進行組裝時則需要進行集成測試，集成測試是保 證新軟件系統(tǒng)質(zhì)量的關鍵。兩種測試工作雖然出發(fā)點不一樣，但都得做好，這樣才 能確保最終的系統(tǒng)質(zhì)量。 ( 3 ) 測試方法的選擇 由于出于公司效率等的考慮，在開發(fā)c b d 軟件時，一般 會考慮從構(gòu)件庫中檢索合適的商業(yè)構(gòu)件或者開源構(gòu)件，這樣的構(gòu)件可能源代碼不可 得到或者文檔不全等，如果要在組裝前對構(gòu)件進行白盒測試，難度會非常大。但可 以考慮進行功能驗證測試。即黑盒測試比較可行，也可以進行基于模型的測試【2 3 1 。 2 4 構(gòu)件化軟件系統(tǒng)的集成測試中的問題 c b d 方法相對于傳統(tǒng)的開發(fā)方法體現(xiàn)出了許多新優(yōu)勢，但它的新特點也給軟件 測試帶來了新的挑戰(zhàn)。我們從兩個方面分析構(gòu)件及構(gòu)件軟件的測試問題。 ( 1 ) 從構(gòu)件生產(chǎn)者來看，主要是包括以下的問題： a 測試是否充分性的判定。由于構(gòu)件規(guī)模和構(gòu)件類型等不同，很難有個確定的 判定依據(jù)說明測試的程度。 8 第二二章c b d 軟件的集成測試中若干問題 b 測試準備數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是否充分。由于對于單個構(gòu)件的測試類似于白盒測試， 所以很難設計出充分的測試數(shù)據(jù)。 c 搭建構(gòu)件的測試環(huán)境。對單個構(gòu)件進行測試，需要模擬出構(gòu)件運行的環(huán)境。 構(gòu)造測試驅(qū)動器和打樁對于構(gòu)件的多線程，死鎖，跨平臺，跨語言等特殊情 況很難模擬。 d 構(gòu)件的可復用性測試。由于構(gòu)件設計的目的就是要重復使用可能需要在多種 環(huán)境中應用。所以也要測試。 ( 2 ) 從構(gòu)件使用者角度來看，對構(gòu)件化軟件測試面臨如下的問題： a 測試是否充分的問題依然存在。 b 構(gòu)件的測試順序問題。如果采用自底向上的集成測試方法，則每次的測試都 是建立在相對正確的基礎上的，但如果采用其他的集成測試方式則需要驅(qū)動 模塊和打樁。 c 冗余測試問題。由于在組裝過程中，每新增加一個構(gòu)件，理論上應該重測以 前的工作，但是工作量大，而且很多是重復工作，所以怎樣取舍而進行回歸 測試也很復雜。 d 源代碼是否可用。因為很多構(gòu)件都是第三方提供的，只可能提供一些文檔， 因此測試難度也比較大。 e 編程語言、操作系統(tǒng)平臺、硬件結(jié)構(gòu)的混雜性。由于構(gòu)件設計時就是盡可能 被復用，而復用的環(huán)境可能會是不同的操作系統(tǒng)，不同的語言環(huán)境和不同的 硬件平臺，因此對于這些環(huán)境中的測試難度比較大。 f 測試分布式軟件時的監(jiān)控問題。由于分布式軟件一般部署在不同的硬件平臺 上，所以在測試過程中，跟蹤就比較復雜。 g 事件重構(gòu)。系統(tǒng)中可能存在異步消息和同步消息，僅僅對系統(tǒng)做常規(guī)的測試 是不充分的，需要對系統(tǒng)做一些重構(gòu)而進行測試。 h 構(gòu)件的競爭和死鎖。這類問題非常難處理。 i 多線程問題?？赡艽嬖谟行┕δ茉诙嗑€程下可以運行但在單線程下無法運行。 而且這種問題不好判斷。 j 容錯測試問題。許多系統(tǒng)要求有高度的容錯能力，如核電站、宇宙飛船等， 因為在測試時有些錯誤很難出現(xiàn)，因此可以使用故障注入技術引入缺陷，觀 察系統(tǒng)的錯誤處理代碼能否正常工作。但引入的錯誤不一定會激發(fā)，有時要 9 基于u m l 2 0 圖的c b d 軟件集成測試方法研究 控制或改變系統(tǒng)的流程來激發(fā)這些錯誤。而且故障發(fā)生后不一定立刻表現(xiàn)為 失效，當運行到后續(xù)模塊，甚至是幾天之后才表現(xiàn)為軟件失效，為查找出錯 誤的根源帶來困難。 1 0 第三章u m l 2 0 理論及j 測試 第三章u 池2 0 理論及其測試 u m l 2 0 ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g ev e r s i o n2 0 ) 是一種定義良好、易于表達、功能 強大且普遍適用的建模語言【3 5 1 。它溶入了軟件工程領域的新思想、新方法和新技 術。它為高質(zhì)量的軟件開發(fā)與測試提供了有力的保障。本章將介侶u m l 2 0 的新特 性，設計目標，主要組織特征，基于u m l 的傳統(tǒng)軟件測試方法，以及基于u m l 2 0 面向構(gòu)件( ( o b j e c t o r i e n t e dc o m p o n e n to o c ) 開發(fā)與測試方法。 3 1u m l 介紹 u m l 是由著名的面向?qū)ο蠹夹g專家o r a d yb o o c h 、i v a rj a c o b s o n 和j a m e s r u m b a u g h 發(fā)起，在b o o c h 表示法、o o s e ( o b j e c t - o r i e n t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ) 方法 和o m t ( o b j e c tm o d e l i n gt e c h n o l o g y ) 方法的基礎上，廣泛征求意見，集眾家之長， 反復修改而完成的。在美國，u m l 已經(jīng)獲得工業(yè)界和學術界的廣泛支持。使用u m l 模型，是當前軟件界成功地進行軟件開發(fā)所不可缺少的關鍵環(huán)節(jié)。據(jù)專家預測，在 未來1 5 2 0 年內(nèi)，u m l 將是軟件開發(fā)的支柱技術。 u m l 提供了一種對伙伴系統(tǒng)進行可視化，詳述構(gòu)造和文檔化的工業(yè)標準機制。 但這種靜態(tài)定義卻無法描述u m l 驚人的發(fā)展速度。u m l 利用一套動態(tài)的，支持不 斷發(fā)展的特征組織其思想。這種不斷發(fā)展的思想已經(jīng)使u m l 經(jīng)歷了v e r s i o n1 0 ，1 1 ， 1 2 ，1 3 ，1 4 ，發(fā)展到了今天的v e r s i o n2 0 ，并且提供的功能發(fā)生了很大的變化。 u m l 2 0 還使u m l 的發(fā)展延伸到一些新領域。 3 1 1u l 2 0 設計目標 u m l 2 0 繼承了u m l l x 的思想，就是要讓設計者設計出高復用性，高準確性和 高擴展性的軟件系統(tǒng)。所以u m l 2 0 在開始設計前就提出了設計目標。 a 使得該語言對軟件實體進行建模變得更加可行。 b 對流程和動作建模提供更健壯的機制， c 為不同工具之間的通信創(chuàng)建一個標準。 d 在一個標準的建?？蚣軆?nèi)協(xié)調(diào)u m l 。 e 支持基于組件的開發(fā)，包括插件可替代性的完整定義。 f 允許軟件進行上下文的較完整的建模，尤其是隨著中間件和w e b 應用技術的不 斷增長，非常需要進行此項功能。 g 提供用于重要語言的標準用戶配置文件或擴展。 基于u m l 2 0 圖的c b d 軟件集成測試方法研究 h 支持通過交互模式的自動實現(xiàn)。 i 增強u m l 對運行時體系結(jié)構(gòu)的支持，包括對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建模支持，由包括對內(nèi) 部結(jié)構(gòu)的動態(tài)行為的描述。 j 利用更清晰的規(guī)范來描述行為鏈接和特化規(guī)則，從而進一步改進狀態(tài)機。 k 利用更好的控制流和數(shù)據(jù)特征改進活動圖。 l 支持交互機制的組合，定義交互，可選交互和并行執(zhí)行的順序。 3 1 2u m l 2 0 與u m l l x 的區(qū)別 u m l 2 0 作為o m g 組織的傾力之作，它更正和擴展了以前的版本。尤其是描述 構(gòu)件的能力大大增強。通過筆者比較和分析u m l l x 和u m l 2 。0 ，歸納了了兩者的 主要區(qū)別，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： a 順序圖現(xiàn)在還有多個片斷，允許在一個順序圖上顯示更復雜的選擇。順序圖片斷 支持順序圖元素的重用。 b 新增兩種交互圖；時序圖和交互概觀圖，為用戶查看系統(tǒng)的動態(tài)行為提供新工具。 c 圖現(xiàn)在表達一流的思想，不再與狀態(tài)機合在一起了新的活動圖包括對大量附加 流特征的支持，并且不再把重點放在各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換上，而是放在沿著各個活動沿 流動的令牌流上。 d 擴展方面，u m l 2 0 著重強調(diào)用戶配置文件的使用，以及各個模型級別，以便各 個模型把重心放在各自的主要目的上，并使人們利用通用方法來解決各種問題， 這些擴展更易于人們利用某些級別的模型生成代碼。 e 方面的擴展：復合結(jié)構(gòu)的引入使得用戶可以顯示高層類別之間的連接，以及該類 別所需要的運行時元素。 f 對組件的環(huán)境需求提供明確規(guī)則，協(xié)議狀態(tài)機和端口提供了在量支持組件開發(fā)的 特征。 g 用于定義某個類別的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的規(guī)則更加明確，使得人們更容易于分解一個類 別。 h u m l l x 的協(xié)作圖現(xiàn)在已經(jīng)不使用了，變成了通信圖。 3 1 3u m l 的定義 u m l 是一種標準的圖形化建模語言，它是面向?qū)嵗治雠c設計的一種標準表 示。它不是一種可視化的程序設計語言，而是一種可視化的建模語言；不是工具或 知識庫的規(guī)格說明，而是一種建模語言規(guī)格說明，是一種表示的標準。u m l 的定義 1 2 第三章u m l 2 0 理論及j # 測試 包括u m l 語義和u m l 表示法兩個部分：u m l 語義描述基于u m l 的精確元模型定 義。元模型為u m l 的所有元素在語法和語義上提供了簡單、一致、通用的定義性說 明，使開發(fā)者能在語義上取得一致，消除了因人而異的表達方法所造成的影響。對 于u m l 可以從以下幾個方面來理解。 a 不是過程，也不是方法，但允許任何一種過程和方法使用它； b 使用、表達能力強，進行可視化建模； c 與具體的實現(xiàn)無關，可應用于任何語言平臺和工具平臺； d 與具體的過程無關，可應用于任何軟件開發(fā)的過程； e 簡單并且可擴展，具有擴展和專有化機制，便于擴展，無需對核心概念進行修改； f 面向?qū)嵗脑O計與開發(fā)中涌現(xiàn)出的高級概念( 例如協(xié)作、框架、模式和組件) 提供 支持，強調(diào)在軟件開發(fā)過程中，對架構(gòu)、框架、模式和組件的重用； g 可升級，具有廣闊的適用性和可用性； h 。有利于面向?qū)嵗ぞ叩氖袌龀砷L； 3 1 4u l 2 0 主要組織特征 視圖( v i e w ) ：它顯示了被建系統(tǒng)的各個方面，它是由多個圖組成的一個抽象模型。 在建立系統(tǒng)時需要建立多個視圖，來顯示多個方面的特征，從而描繪一個完整的系 統(tǒng)。主要包括：用例視圖，邏輯視圖，實現(xiàn)視圖，進程視圖和部署視圖。 圖( d i a g r a m ) ：它包括描述u m l 視圖內(nèi)的各種圖形元素。通過圖的相互組合提 供被建模系統(tǒng)的所有視圖。主要包括：用例圖，類圖，對象圖，狀態(tài)機( 行為狀態(tài)機， 協(xié)議狀態(tài)機1 ，活動圖，順序圖，通信圖，組件圖，部署圖和復合結(jié)構(gòu)圖。 模型元素( m o d e le l e m e n t ) ：它代表普通面向?qū)ο蟮母拍钜约八鼈冮g的關系：關 聯(lián)、依賴和泛化關系。同一個模型可以在不同的u m l 圖中使用，都保持其原有的特 性。 通用機鋁l j ( g e n e r a lm e c h a n i s m ) ：它可為元素提供一些額外的注釋，信息或語 義，還可提供擴展機制對u m l 擴展。主要包括：修飾，注釋，規(guī)格說明。擴展包括 構(gòu)造型，標記和約束。 模型驅(qū)動架構(gòu)( m o d e ld r i v e ra r c h i t e c h u r e ，m d a ) ：將u m l 封裝在一個m d a 中， 它力求u m l 模型變得更加可行，并且能與開發(fā)支持工具更好發(fā)集成。 3 2 基于u m l 的軟件測試 基于u m l 的軟件測試屬于基于規(guī)格說明的軟件測試。u m l 模型在指導測試方面 1 3 基于u s l 2 0 圖的c b d 軟件集成測試方法研究 有如下優(yōu)點【”】： ( 1 ) 通用性：u m l 作為軟件工程領域內(nèi)的標準建模語言，目前己被廣大軟件設 計者廣泛使用，并取得了好評，同時也有很多商業(yè)軟件工具來支持它。比如r a t i o n a l r o s e ，o p e n u m l 等。 ( 2 ) 可迭代性：可以盡早開始測試活動( 包括測試計劃的制定、測試大綱與測試 用例的設計等) ，并隨著設計活動的細化，并不斷細化生成的測試制品。這樣，軟件 開發(fā)與測試開發(fā)可以并行進行，并在整個測試過程中進行持續(xù)測試活動。眾所周知， 越早開始測試越好。綜合上述原因，我們認為u