基于UML順序圖的場景測試用例生成方法(1)

引言

本文提出了一個基于UML模型圖來測試場景的方法，它以順序圖為主要測試模型，結合類圖和狀態圖導出所有的場景，并將與場景相關的環境條件與方法序列、輸入、輸出合理組合作為覆蓋該場景的測試用例。我們的工作具有兩方面的優點：測試方法完全基于UML模型，以便已經使用UML的軟件系統能方便地采用，另一方面生成的測試用例數量少，減少工作量。

1、實例

本文以DHCP[2]作為一個實例，使用UML的類圖、狀態圖和順序圖[3]來說明我們提出的一個場景測試用例生成方法。DHCP是由IETF進行標準化的一個協議，提供一種動態指定IP地址和配置參數的機制。我們選取了DHCP協議的一個子集，協議的一般過程如下：

1．客戶端廣播一個DHCP_DISCOVER消息。

2．每個具有網絡地址的服務可能響應一個DHCP_ OFFER消息，如果都沒有響應，則表示超時失敗。

3．如果客戶端接收到一個或多個DHCP_OFFER消息，則選擇其中一個，然后廣播一條DHCP_REQUEST消息給所有的服務器，并附上選擇參數及指明哪一個服務器。

4．所有服務器接收到客戶的廣播信息，只有被選中的服務器才綁定地址給這個客戶，并發送確認消息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），則服務器發送一個DHCP_NAK給客戶，連接失敗。

圖1顯示了DHCP協議的部分類圖。

圖1：DHCP的部分類圖

圖2是實例中請求IP的順序圖。

圖2：請求IP的順序圖

圖3是DHCP中Server類的狀態圖。

圖3：DHCP-Server狀態圖

2、UML順序圖的一個形式化定義

為了能在測試中找出所有的場景，下面給出順序圖的形式化定義：

定義1（順序圖）順序圖SD可以表示為一個六元組：SD=，其中：

◆O={O1, O2, …,Om}，是對象的集合。O1, O2, …，Om都是順序圖中的對象。

◆M guard´message´name´parameter_list，是消息的集合。順序圖中的每一個消息都形如：“[衛士條件]消息名(參數)”。

◆E=M {s, r}，是事件集合。事件是指消息的發送和接收。對于消息msg，發送事件用表示，接收事件用表示。順序圖中所有發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上的一個全序關系，表示順序圖中的消息在縱向時間軸上的先后關系。

◆msg是從E到M的一個函數關系，msg(e) M表示事件e所對應的消息。

◆Obj是從E到O的一個函數關系，obj(e) O表示時間e所對應的對象。對象Oi上所有事件的集合記為Ei，Ei＝{e | e EÙobj(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4：一個簡單的順序圖

順序圖主要描述了對象間發送消息的時間順序。我們用符號‘<<’來表示事件間的先后關系，它滿足如下三個性質：

1．對同一消息而言，發送事件先于接收事件。

2．在同一對象的生命線上，若事件e1出現在發送事件e2的上方，則e1先于e2。

3．在同一個對象的生命線上，如果接收事件e1出現在e2的上方，并且它們分別對應的發送事件也位于同一個對象的生命線上，則e1先于e2。

‘<<’順序關系是強制順序關系，那么即使它們在順序圖的時間軸上存在先后關系，這兩個事件實際發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，但是在系統實際運行中，由于m1, m2, m3都是異步消息，因此（m1,r）并不一定先于（m3,r）發生，這是由于圖形表示的局限性造成的。

一個簡單順序圖（不包括分支）刻畫了系統運行的一個場景，其運行過程表現為一個事件的序列（e1 , e2,…, em）,其中事件ei+1 在事件 ei后發生（1≤ i ≤m－1）。由于事件之間存在強制順序關系‘<<’，因此并不是所有事件序列都是順序圖允許的。而且，由于‘<<’并不是一個全序關系，所以一個順序圖的場景可能允許多個事件序列�？梢杂靡粋�有向無環圖（DAG）來表示‘<<’關系，對于任意兩個事件 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)>就是兩個有效的事件序列。

定義2（順序圖的場景）對于順序圖SD=，場景定義為一個消息序列< M1,M2,…,Mm>，并且滿足下面兩個條件：

（1）所有M中的事件在序列中出現且僅出現一次，也就是說{M1,M2,…,Mm}=M且對于所有的i j，Mi Mj。

（2）對于任意兩個消息序列Mi,MjÎM，如果（Mi,s）<<(Mj,s),那么序列中Mi在Mj的前面。

根據場景的定義，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的場景。如圖4，就是一個有效的場景。