搜索
ＳＯＡｒＴｅｓｔｅｒ：一个基于精简用例的组合服务自动化测试系统金若凡，孙海龙，刘旭东，李翔（北京航空航天大学计算机新技术研究所，北京１００１９１）摘要：测试是保证组合服务功能正确性、性能和可靠性的必要手段．基于ＢＰＭＮ的组合服务流程具有多参数多取值的特征，参数的取值组合数量巨大．本文提出了一种基于组合精简技术的测试用例精简方法，用于检测输入参数间的相互作用对组合服务执行可能产生的影响，设计并实现了基于ＢＰＭＮ规范的组合服务自动化测试系统ＳＯＡｒＴｅｓｔｅｒ．该系统支持自动化的测试环境部署、测试执行和监控，生成的用例数量与参数个数之间呈现对数增长关系．实验表明ＳＯＡｒＴｅｓｔｅｒ系统提高了组合服务测试的自动化程度，降低了组合服务测试的开销，因而提高了测试的效率．关键词：测试；测试用例精简；组合服务；业务流程建模标注中图分类号：ＴＰ３９３０６文献标识码：Ａ文章编号：０３７２２１１２（２０１０）２Ａ０６５０６ＳＯＡｒＴｅｓｔｅｒ：ＡｎＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｅｒｖｉｃｅＴｅｓｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＴｅｓｔＣａｓｅＲｅｄｕｃｔｉｏｎＪＩＮＲｕｏｆａｎ，ＳＵＮＨａｉｌｏｎｇ，ＬＩＵＸｕｄｏｎｇ，ＬＩＸｉａｎｇ（ＴｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｓｔｉｎｇｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．ＴｈｅＢＰＭＮｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｅｒｖｉｃｅｓｈａｖｅｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｉｎｐｕｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅａｓｓｉｇｎｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｏｆｉｎｐｕｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｈｕｇｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌｄｅｓｉｇｎｓｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｒｅｄｕｃｅｄｔｅｓｔｃａｓｅｓｔｈａｔｄｅｔｅｃｔｔｈｅｍｕｔｕａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｔｈｅＳＯＡｒＴｅｓｔｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｈｅｌｐｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｔｅｓｔｃａｓｅｓｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ，ｅｘｅｃｕｔｉｏｎａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｔｅｓｔｃａｓｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｇｒｏｗｓｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃａｌｌｙｉｎｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔＳＯＡｒＴｅｓｔｅｒｅｎｈａｎｃｅｄｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｅｒｖｉｃｅｔｅｓｔｉｎｇ，ｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｃｏｓｔ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｅｓｔｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｓｔｉｎｇ；ｔｅｓｔｃａｓｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＢＰＭＮ１引言Ｗｅｂ服务作为一种分布式计算模型，是解决互联网松耦合环境下异构应用之间的互操作和集成问题的有效手段．随着相关标准的不断完善和支撑平台的不断成熟，服务组合成为一种高效的应用开发方法．业务过程建模是基于服务组合进行开发的重要内容．相对于ＢＰＥＬ４ＷＳ（ＢｕｓｉｎｅｓｓＰｒｏｃｅｓｓＥｘｅｃｕｔｉｏｎＬａｎｇｕａｇｅｆｏｒＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ）等缺乏对多方参与分布式业务流程支持的流程描述语言而言，ＢＰＭＮ［１］（ＢｕｓｉｎｅｓｓＰｒｏｃｅｓｓＭｏｄｅｌｉｎｇＮｏｔａｔｉｏｎ）作为一种业务流程建模语言，可以有效地描述多方参与的协作业务流程．ＢＰＭＮ提供统一的建模图元，利用类似流程图的形式描述业务流程，使建模人员无需关心底层的实现细节，在服务组合领域得到了越来越广泛的应用．为保证组合服务的正确性和可靠性，测试成为组合服务开发过程中的一个重要阶段．统计资料［１１］表明，软件测试上的开销占到了总成本开销的３０％～５０％．而在测试工作的所有开销中，约４０％花费在测试用例的设计上．因而提高测试的自动化程度，特别是提高测试用例的生成效率，在实践中被认为是降低测试开销，提高测试质量，进而提高软件整体开发效率的重要手段．学术界针对组合服务测试工作开展了广泛的研究．文献［２，３］提出了一种基于ＷＳＤＬ文档的自动测试用例收稿日期：２００９０５２２；修回日期：２０１００１１３基金项目：国家８６３高技术研究发展计划（Ｎｏ．２００７ＡＡ０１０３０１，Ｎｏ．２００６ＡＡ０１Ａ１０６，Ｎｏ．２００９ＡＡ０１Ｚ４１）第２Ａ期２０１０年２月电子学报ＡＣＴＡＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．３８Ｎｏ．２ＡＦｅｂ．２０１０生成方法，但该方法只支持单个服务的测试．文献［４］提出了基于ＢＰＥＬ组合服务的单元测试框架，但对于测试中的关键问题，即测试用例如何生成没有涉及．文献［５］提出了将ＢＰＥＬ转化为ＣＰ网的方法，但更多关注流程的形式化验证问题．在测试用例方面，文献［６，７］提出了基于ＨＰＮ的ＢＰＥＬ流程测试用例精简方法，对业务模型要求较高，且没有提及原始输入数据如何获得．文献［１１］提出了基于ＢＰＥＬ的测试用例生成方法，但未讨论其精简问题．针对上述问题，本文提出了一种基于精简用例的组合服务测试方法，并在此基础上设计并实现了自动化测试系统ＳＯＡｒＴｅｓｔｅｒ，提高了在组合服务测试中用例生成、环境部署、脚本管理执行等阶段的自动化程度．针对组合服务流程的复杂输入参数，实现了基于组合精简模型的测试用例生成算法，能够对参数间相互作用对系统可能产生的影响进行检测．２组合服务测试用例精简方法ＢＰＭＮ规范规定了一套表示业务流程元素的统一图元，便于业务流程中不同角色的人员之间的交流，也有利于不同业务实体之间的交流．由业务人员建立的ＢＰＭＮ流程是一种概念模型，与ＢＰＥＬ相比较，由于ＢＰＭＮ模型具有执行流任意流动的特点，为了提高ＢＰＭＮ模型测试用例的生成效率，必须对业务流程的执行流进行分析．２．１组合服务执行流分析为了分析流程执行流，首先需要将ＢＰＭＮ流程转化为有向图．通过分析有向图，获得流程全部可能执行路径．然后通过对路径上节点执行语义的分析，取得节点条件约束信息，最终获得路径条件约束链．最后根据约束链信息，求出输入参数的约束区间，给出输入参数各区间的候选值以备进一步精简．为了描述ＢＰＭＮ转换为有向图的方法，下面给出ＢＰＭＮ执行模型的相关定义：定义１流对象（ＦｌｏｗＯｂｊｅｃｔ，ＦＯ），指ＢＰＭＮ流程中基本可执行节点，包括各种事件（Ｅｖｅｎｔ）、活动（Ａｃｔｉｖｉｔｙ）和网关（Ｇａｔｅｗａｙ）等，将其表示为四元组ＦＯ＝（Ｉｄ，ＩｎｇｏｉｎｇＤｅｇｒｅｅ，ＯｕｔｇｏｉｎｇＤｅｇｒｅｅ，Ｔｙｐｅ）．其中，Ｉｄ唯一地标识了一个流对象，即ＢＰＭＮ图中的一个节点．ＩｎｇｏｉｎｇＤｅｇｒｅｅ表示ＢＰＭＮ流对象的入度；ＯｕｔｇｏｉｎｇＤｅｇｒｅｅ是流对象ＯＢＪ的出度；Ｔｙｐｅ是该流对象的类型．ＢＰＭＮ中的流对象（ＦＯ）分为若干种，每一种ＦＯ又包含若干不同的类型．例如对于类型为事件（Ｅｖｅｎｔ）的，有ＳｔａｒｔＥｖｅｎｔ和ＥｎｄＥｖｅｎｔ等类型，一般将ＳｔａｒｔＥｖｅｎｔ作为执行的开始，将ＥｎｄＥｖｅｎｔ作为流程终点；对于Ｇａｔｅｗａｙ，又分为ＡＮＤ、ＯＲ、ＸＯＲ等分支聚合结构，为了适应多样的流程结构，本文在路径分析中对各种分支进行统一处理．定义２顺序流（ＳｅｑｕｅｎｃｅＦｌｏｗ，ＳＦ），指ＢＰＭＮ中的流程执行控制链路，表示为四元组ＳＦ＝（Ｉｄ，ｓｏｕｒｃｅＲｅｆ，ｔａｒｇｅｔＲｅｆ，ｃｏｎｄｉｔｉｏｎＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎ）．其中，Ｉｄ唯一地标识了一个顺序流，即ＢＰＭＮ流程图中的一条边；ｓｏｕｒｃｅＲｅｆ是该ＳＦ源ＦＯ的Ｉｄ，ｔａｒｇｅｔＲｅｆ是该ＳＦ指向的ＦＯ的Ｉｄ．ｃｏｎｄｉｔｉｏｎＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎ表示该ＳＦ从ｓｏｕｒｃｅＲｅｆ转移到ｔａｒｇｅｔＲｅｆ的条件约束．如果没有约束，则ｃｏｎｄｉｔｉｏｎＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎ为空．根据以上定义，可以将一个ＢＰＭＮ流程转换为有向图Ｇ（Ｖ，Ｅ）．其中Ｖ为节点集合，Ｖ＝｛ＦＯ｝，Ｅ为有向边，Ｅ＝｛ＳＦ｝，方向由ｓｏｕｒｃｅＲｅｆ指向ｔａｒｇｅｔＲｅｆ，构造出有向图后，下面给出了着色路径搜索算法（ＣｏｌｏｒｅｄＰａｔｈＳｅａｒｃｈｉｎｇ，ＣＰＳ），该算法对流程执行流进行遍历，从而得到流程的执行树，进而获得业务流程执行路径．算法中白色节点为未被搜索节点，灰色为初次发现节点，当以某节点为根的路径树遍历完成后，置该节点为黑色．当子节点的邻接节点为灰色时，则该路径为环路．当某节点的邻接节点为黑色时，则存在一条直连路径．ＣＰＳ算法时间复杂度为Θ（Ｖ＋Ｅ）．算法１着色路径搜索算法输入：有向图Ｇ（Ｖ，Ｅ）输出：树ＴＣＰＳ（Ｇ（Ｖ，Ｅ））１．ｆｏｒｅａｃｈｖｅｒｔｅｘｕ∈Ｖ［Ｇ］２．ｄｏｃｏｌｏｒ［ｕ］←ＷＨＩＴＥ／／初始化３．ｕ．ｐａｒｅｎｔ←ＮＵＬＬ４．ｕ．ｃｈｉｌｄｒｅｎ←ＮＵＬＬ５．ｆｏｒｅａｃｈｖｅｒｔｅｘｕ∈Ｖ［Ｇ］６．ｄｏｉｆｃｏｌｏｒ［ｕ］＝ＷＨＩＴＥ／／对未遍历节点进行搜索７．ｔｈｅｎＣＰＳＶＩＳＩＴ（ｕ）／／调用递归函数８．ｅｌｓｅｃｏｎｔｉｎｕｅＣＰＳＶＩＳＩＴ（ｕ）１．ｃｏｌｏｒ［ｕ］＝ＧＲＡＹ／／该节点初次被搜索到２．ｆｏｒｅａｃｈｖ∈Ａｄｊ［ｕ］／／遍历ＳＦ，找到相邻ＦＯ３．ｄｏｉｆｃｏｌｏｒ［ｖ］＝ＷＨＩＴＥ４．ｔｈｅｎＰＵＳＨ（ｕ．ｃｈｉｌｄｒｅｎ，ｖ）５．ｖ．ｐａｒｅｎｔ←ｕ６．ＣＰＳＶＩＳＩＴ［ｖ］７．ｅｌｓｅｉｆｃｏｌｏｒ［ｖ］＝ＧＲＡＹ８．ｔｈｅｎｃｏｎｔｉｎｕｅ／／存在执行环路９．ｃｏｌｏｒ［ｕ］←ＢＬＡＣＫ／／完成该ＦＯ搜索２．２路径条件约束链分析对测试用例的设计是测试阶段最关键的技术问题之一［８］．流程中输入参数的条件约束对测试数据的有６６电子学报２０１０年效选取有直接指导作用．为了确定输入参数的条件约束，利用２１节中的着色路径搜索算法（ＣＰＳ）中获得的执行路径信息，通过分析路径节点的执行语义，剔除与输入变量无关的约束，将条件约束信息综合，最终确定输入变量定义域．路径条件约束链分析算法ＣｏｎｄｉｔｉｏｎＰａｒｓｅ描述如下，算法输入为路径起始流对象ＦＯ：算法２路径条件约束链分析算法输入：路径起始事件ＳｔａｒｔＥｖｅｎｔ输出：参数候选值数组ＣｏｎｄｉｔｉｏｎＰａｒｓｅ（ＳｔａｒｔＥｖｅｎｔ）１．ＦＯ←ＳｔａｒｔＥｖｅｎｔ２．ｗｈｉｌｅｔｙｐｅ（ＦＯ）≠ＥｎｄＥｖｅｎｔ３．ＦＯ←ｎｅｘｔＦＯ（）／／获得路径中下一执行节点４．ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓ←ＳＦ（ＦＯ）５．ｉｆｃｏｎｄｉｔｉｏｎ（ＦＯ）≠ＮＵＬＬａｎｄｉｎｐｕｔＶａｒｉａｂｌｅ∈ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ（ＦＯ）／／剔除无关变量６．ｖ←ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎＰａｒｓｅｒ（ｅｘｐｒ）／／表达式分析函数，分析条件约束间断点７．ｐｕｓｈ（ｏｄｄＰｏｉｎｔ，ｖ）８．ｇｅｎｅｒａｔｅＩｎｐｕｔＤａｔａ（ｏｄｄＰｏｉｎｔ）／／对根据间断点对等价区间给出候选值利用ＣＰＳ算法，可以获得业务流程的所有可执行路径．对于每条路径，依据ＣｏｎｄｉｔｉｏｎＰａｒｓｅ算法．以类型为ｓｔａｒｔｅｖｅｎｔ的流对象作为路径起始点，以类型为ｅｎｄｅｖｅｎｔ流对象作为终点，依次遍历路径上所有边，可以得到该路径中条件约束链信息．ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎＰａｒｓｅｒ分析涉及输入参数条件约束的间断点，根据间断点划分输入区间等价类．为每个等价区间设置候选输入参数值．该候选值可由程序按照预定规则给出，也可由测试人员手工指定．２．３测试用例算法２．３．１精简的基本思路设组合服务流程具有ｎ个输入参数，每个参数有ｋ种取值情况，则总共有ｋｎ种输入参数组合．可以预见，随着待测模型复杂度的