學(xué)習(xí)筆記 基于UML順序圖的場(chǎng)景測(cè)試用例生成方法
本節(jié)向大家介紹一下基于UML順序圖的場(chǎng)景測(cè)試用例生成方法，該方法完全基于UML，而且生成的測(cè)試用例數(shù)量少，減少了測(cè)試工作量。下面就讓我們一起來看一下詳細(xì)介紹吧。
基于UML順序圖的場(chǎng)景測(cè)試用例生成方法
摘要本文提出了一個(gè)基于UML順序圖的場(chǎng)景測(cè)試方法，它以UML順序圖為主要測(cè)試模型，結(jié)合類圖和狀態(tài)圖生成所有的測(cè)試場(chǎng)景，然后找到與每一場(chǎng)景相關(guān)的環(huán)境條件并將它與方法序列、輸入、輸出合理組合作為覆蓋該場(chǎng)景的測(cè)試用例。該方法完全基于UML，而且生成的測(cè)試用例數(shù)量少，減少了測(cè)試工作量。
0引言
本文提出了一個(gè)基于UML模型圖來測(cè)試場(chǎng)景的方法，它以順序圖為主要測(cè)試模型，結(jié)合類圖和狀態(tài)圖導(dǎo)出所有的場(chǎng)景，并將與場(chǎng)景相關(guān)的環(huán)境條件與方法序列、輸入、輸出合理組合作為覆蓋該場(chǎng)景的測(cè)試用例。我們的工作具有兩方面的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)試方法完全基于UML模型，以便已經(jīng)使用UML的軟件系統(tǒng)能方便地采用,另一方面生成的測(cè)試用例數(shù)量少，減少工作量。
1實(shí)例
本文以DHCP[2]作為一個(gè)實(shí)例，使用UML的類圖、狀態(tài)圖和UML順序圖[3]來說明我們提出的一個(gè)場(chǎng)景測(cè)試用例生成方法。DHCP是由IETF進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)協(xié)議，提供一種動(dòng)態(tài)指定IP地址和配置參數(shù)的機(jī)制。我們選取了DHCP協(xié)議的一個(gè)子集，協(xié)議的一般過程如下：
1．客戶端廣播一個(gè)DHCP_DISCOVER消息。
2．每個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)地址的服務(wù)可能響應(yīng)一個(gè)DHCP_OFFER消息，如果都沒有響應(yīng)，則表示超時(shí)失敗。
3．如果客戶端接收到一個(gè)或多個(gè)DHCP_OFFER消息，則選擇其中一個(gè)，然后廣播一條DHCP_REQUEST消息給所有的服務(wù)器，并附上選擇參數(shù)及指明哪一個(gè)服務(wù)器。
4．所有服務(wù)器接收到客戶的廣播信息，只有被選中的服務(wù)器才綁定地址給這個(gè)客戶，并發(fā)送確認(rèn)消息DHCP_ACK，連接成功；如果要求的地址不可得（可能分配給其它用戶），則服務(wù)器發(fā)送一個(gè)DHCP_NAK給客戶，連接失敗。
圖1顯示了DHCP協(xié)議的部分類圖。 圖2是實(shí)例中請(qǐng)求IP的順序圖 圖3是DHCP中Server類的狀態(tài)圖
圖1DHCP的部分類圖 圖2請(qǐng)求IP的順序圖 圖3DHCP-Server狀態(tài)圖
2UML順序圖的一個(gè)形式化定義
為了能在測(cè)試中找出所有的場(chǎng)景，下面給出順序圖的形式化定義：
定義1（順序圖）順序圖SD可以表示為一個(gè)六元組：SD=<O,M,E,→,msg,obj>,其中：
●O={O1,O2,…,Om}，是對(duì)象的集合。O1,O2,…,Om都是順序圖中的對(duì)象。
●Mguard´message´name´parameter_list,是消息的集合。順序圖中的每一個(gè)消息都形如：“[衛(wèi)士條件]消息名(參數(shù))”。
●E=M{s,r}，是事件集合。事件是指消息的發(fā)送和接收。對(duì)于消息msg，發(fā)送事件用<msg,s>表示，接收事件用<msg,r>表示。順序圖中所有發(fā)送消息事件的集合記為S，所有接收消息事件的集合記為R。SÇR=Æ,SÈR=E。
●→是消息集合M上的一個(gè)全序關(guān)系，表示順序圖中的消息在縱向時(shí)間軸上的先后關(guān)系。
●msg是從E到M的一個(gè)函數(shù)關(guān)系，msg(e)M表示事件e所對(duì)應(yīng)的消息。
●Obj是從E到O的一個(gè)函數(shù)關(guān)系，obj(e)O表示時(shí)間e所對(duì)應(yīng)的對(duì)象。對(duì)象Oi上所有事件的集合記為Ei，Ei＝{e|eEÙobj(e)=Oi}。
在如圖4所示的順序圖中：
O={obj1,obj2,obj3};M={m1,m2,m3};
E={(m1,s),(m1,r),(m2,s),(m2,r),(m3,s),(m3,r)};
→=m1→m2→m3.
圖4一個(gè)簡(jiǎn)單的UML順序圖
UML順序圖主要描述了對(duì)象間發(fā)送消息的時(shí)間順序。我們用符號(hào)‘<<’來表示事件間的先后關(guān)系，它滿足如下三個(gè)性質(zhì)：
1．對(duì)同一消息而言，發(fā)送事件先于接收事件。
2．在同一對(duì)象的生命線上，若事件e1出現(xiàn)在發(fā)送事件e2的上方，則e1先于e2。
3．在同一個(gè)對(duì)象的生命線上，如果接收事件e1出現(xiàn)在e2的上方，并且它們分別對(duì)應(yīng)的發(fā)送事件也位于同一個(gè)對(duì)象的生命線上，則e1先于e2。
‘<<’順序關(guān)系是強(qiáng)制順序關(guān)系，那么即使它們?cè)陧樞驁D的時(shí)間軸上存在先后關(guān)系，這兩個(gè)事件實(shí)際發(fā)生的先后順序也是不確定的。例如圖4中，盡管（m1,r）在（m3，r）的上方，但是在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，由于m1,m2,m3都是異步消息，因此（m1,r）并不一定先于（m3,r）發(fā)生，這是由于圖形表示的局限性造成的。
一個(gè)簡(jiǎn)單順序圖（不包括分支）刻畫了系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)場(chǎng)景，其運(yùn)行過程表現(xiàn)為一個(gè)事件的序列（e1,e2,…,em）,其中事件ei+1在事件ei后發(fā)生（1≤i≤m－1）。由于事件之間存在強(qiáng)制順序關(guān)系‘<<’，因此并不是所有事件序列都是順序圖允許的。而且，由于‘<<’并不是一個(gè)全序關(guān)系，所以一個(gè)順序圖的場(chǎng)景可能允許多個(gè)事件序列?？梢杂靡粋€(gè)有向無環(huán)圖（DAG）來表示‘<<’關(guān)系，對(duì)于任意兩個(gè)事件ei，ei∈E，如果ei<<ei，則畫一條從ei指向ei的邊，直到所有事件都在這個(gè)有向圖上。
通過遍歷所得的DAG圖，可以很容易的得到順序圖中的每一個(gè)有效的事件序列。在圖4的例子中，<(m1,s),(m2,s),(m2,r),(m3,s),(m3,r),(m1,r)>和<(m1,s),(m1,r),(m2,s),(m2,r),(m3,s),(m3,r)>就是兩個(gè)有效的事件序列。
定義2（順序圖的場(chǎng)景）對(duì)于順序圖SD=<O,M,E,→,msg,obj>，場(chǎng)景定義為一個(gè)消息序列<M1,M2,…,Mm>，并且滿足下面兩個(gè)條件：
（1）所有M中的事件在序列中出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一次，也就是說{M1,M2,…,Mm}=M且對(duì)于所有的ij，MiMj。
（2）對(duì)于任意兩個(gè)消息序列Mi,MjÎM，如果（Mi,s）<<(Mj,s),那么序列中Mi在Mj的前面。
根據(jù)場(chǎng)景的定義，通過所找到的合法的事件序列就可以確定與該事件序列相應(yīng)的場(chǎng)景。如圖4，<m1,m2,m3>就是一個(gè)有效的場(chǎng)景。#p#
3基于UML順序圖生成場(chǎng)景測(cè)試用例的方法
順序圖中的場(chǎng)景設(shè)計(jì)可能與實(shí)現(xiàn)不一致，例如由于消息名的編碼錯(cuò)誤、不正確的或缺少輸出等，那么通過執(zhí)行順序圖中的所有可能場(chǎng)景，至少能在其中的一個(gè)場(chǎng)景的執(zhí)行過程中達(dá)到該錯(cuò)誤，因此只要從順序圖中生成覆蓋所有場(chǎng)景的測(cè)試用例就能有效地找出存在的錯(cuò)誤。在測(cè)試用例的生成過程中，我們將環(huán)境條件與輸入，方法調(diào)用序列和預(yù)期輸出作為最終的測(cè)試用例，最后將系統(tǒng)測(cè)試后的實(shí)際輸出和方法調(diào)用序列與預(yù)期的輸出和方法調(diào)用序列進(jìn)行比較，從整體上驗(yàn)證系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)是否與設(shè)計(jì)一致，從而完成順序圖的場(chǎng)景測(cè)試。
3.1測(cè)試衡量方法
測(cè)試的主要評(píng)測(cè)方法包括覆蓋和質(zhì)量，測(cè)試覆蓋是對(duì)測(cè)試完全程度的評(píng)測(cè)，質(zhì)量是對(duì)測(cè)試對(duì)象（系統(tǒng)或測(cè)試的應(yīng)用程序）的可靠性、穩(wěn)定性以及性能的評(píng)測(cè)。對(duì)于順序圖的場(chǎng)景測(cè)試，最基本的評(píng)測(cè)方法就是測(cè)試覆蓋，即要求針對(duì)每一個(gè)場(chǎng)景都至少生成一個(gè)測(cè)試用例。但是順序圖本身并不能充分地對(duì)系統(tǒng)交互行為進(jìn)行建模，僅通過順序圖并不能生成充分地場(chǎng)景測(cè)試用例。所以我們將順序圖與交互對(duì)象的狀態(tài)圖相結(jié)合，生成更充分的測(cè)試用例。為此，定義如下評(píng)測(cè)方法：
1)順序圖中的每個(gè)場(chǎng)景至少被測(cè)試一次。
2)如果順序圖中的對(duì)象存在狀態(tài)圖，那么與場(chǎng)景相關(guān)的每個(gè)狀態(tài)至少要被測(cè)試一次。
3.2UML順序圖場(chǎng)景測(cè)試用例生成方法的步驟
第一步，檢查順序圖中的每一個(gè)對(duì)象，如果其存在狀態(tài)圖，就將對(duì)象狀態(tài)加入到順序圖中。以DHCP-Server對(duì)象為例，其狀態(tài)圖如圖3所示，HasfreeIPaddresses和HasnofreeIPaddresses是Server可能處于的兩種狀態(tài)，我們將這兩個(gè)狀態(tài)加入順序圖。
第二步，使用第3節(jié)介紹的方法通過遍歷順序圖中的事件序列從而找出所有的場(chǎng)景。在圖5中，消息4和消息7、消息10和消息12分別構(gòu)成了分支，處理分支時(shí)，可以為順序圖構(gòu)造多個(gè)DAG圖，每個(gè)圖包含其中一條分支。這樣就將復(fù)雜順序圖化簡(jiǎn)成多個(gè)簡(jiǎn)單的順序圖來進(jìn)行處理，遍歷每個(gè)DAG圖就可以得到所有場(chǎng)景。圖5中，得到3個(gè)場(chǎng)景如下：
A：1,2,3,4,5
B：1,2,3,6,7,8,9,10
C：1,2,3,6,7,8,11,12
第三步，選定一個(gè)場(chǎng)景，根據(jù)其消息序列在順序圖中遍歷該場(chǎng)景，記錄場(chǎng)景的輸入和最終輸出。以場(chǎng)景B為例：
輸入：用戶調(diào)用connect操作。
預(yù)期輸出：返回“nak”消息，表示申請(qǐng)IP不成功。
第四步，確定每個(gè)場(chǎng)景的環(huán)境條件。首先從UML順序圖中找出所有的測(cè)試單元，在順序圖中，每一個(gè)交互的對(duì)象就是一個(gè)測(cè)試單元。本例中的DHCP_Client和DHCP_Server就是兩個(gè)測(cè)試單元；其次對(duì)每一個(gè)測(cè)試單元，從類圖中導(dǎo)出相應(yīng)的環(huán)境設(shè)置（包括對(duì)象屬性、操作和消息中的參數(shù)）。結(jié)果如表1所示。
表1DHCP的測(cè)試單元與環(huán)境
測(cè)試單元
DHCP-Server
DHCP-Client
環(huán)境設(shè)置
Offer:Boolean
hasFreeIP:Boolean
無
找出環(huán)境設(shè)置之后，再為每一個(gè)場(chǎng)景找出相應(yīng)的選擇，從而確定其環(huán)境條件，如場(chǎng)景B中，Offer=true，hasFreeIP=false。
第五步，測(cè)試用例生成一個(gè)測(cè)試用例包括4個(gè)部分：環(huán)境條件、輸入、方法調(diào)用序列、預(yù)期輸出。對(duì)于場(chǎng)景B，所有這些信息已從前面的四步中生成，只要將它們組合在一起就可以了。場(chǎng)景B的測(cè)試用例為：
環(huán)境條件：DHCP-Server：offer=true，hasFreeIP=false
輸入：用戶調(diào)用connect操作。
方法調(diào)用序列：
Client.discover,Server.isServeroffer,
Client.request,Server.hasFreeIP,
Server.nak,user.notConnected
預(yù)期輸出：返回”nak”消息，表示申請(qǐng)IP不成功。
在這個(gè)測(cè)試用例中，方法調(diào)用序列就是該場(chǎng)景中的消息序列。
可用同樣的方法為所有場(chǎng)景生成測(cè)試用例。
4結(jié)束語
文[4]出現(xiàn)了一個(gè)基于UML順序圖設(shè)計(jì)的面向?qū)ο蟮能浖淖詣?dòng)測(cè)試的概念和相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)工具SeDiTeC，該方法提出了一個(gè)可測(cè)試的順序圖的規(guī)則，并在SeDiTeC中實(shí)現(xiàn)了完整的測(cè)試過程，但是沒有詳細(xì)描述如何從順序圖中生成測(cè)試用例。文[5]指出了多態(tài)性對(duì)順序圖測(cè)試場(chǎng)景的影響，提出了相應(yīng)的對(duì)策，有效地解決了測(cè)試消息序列中多態(tài)消息的測(cè)試問題，但沒有說明測(cè)試用例如何生成。文[6]同樣提出了一個(gè)順序圖生成測(cè)試用例的方法，但是該方法沒有給出場(chǎng)景的分析，而且生成的用例數(shù)太多，工作量大。
本文提出的基于UML順序圖生成場(chǎng)景測(cè)試用例的方法，包括找出場(chǎng)景和生成測(cè)試用例，改進(jìn)了這類方法生成測(cè)試用例數(shù)多、工作量大的缺點(diǎn)，減少了測(cè)試用例的重復(fù)生成。
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