基于UML顺序图的场景测试用例生成方法(1)

引言

本文提出了一个基于UML模型图来测试场景的方法，它以顺序图为主要测试模型，结合类图和状态图导出所有的场景，并将与场景相关的环境条件与方法序列、输入、输出合理组合作为覆盖该场景的测试用例。我们的工作具有两方面的优点：测试方法完全基于UML模型，以便已经使用UML的软件系统能方便地采用，另一方面生成的测试用例数量少，减少工作量。

1、实例

本文以DHCP[2]作为一个实例，使用UML的类图、状态图和顺序图[3]来说明我们提出的一个场景测试用例生成方法。DHCP是由IETF进行标准化的一个协议，提供一种动态指定IP地址和配置参数的机制。我们选取了DHCP协议的一个子集，协议的一般过程如下：

1．客户端广播一个DHCP_DISCOVER消息。

2．每个具有网络地址的服务可能响应一个DHCP_ OFFER消息，如果都没有响应，则表示超时失败。

3．如果客户端接收到一个或多个DHCP_OFFER消息，则选择其中一个，然后广播一条DHCP_REQUEST消息给所有的服务器，并附上选择参数及指明哪一个服务器。

4．所有服务器接收到客户的广播信息，只有被选中的服务器才绑定地址给这个客户，并发送确认消息DHCP_ACK，连接成功；如果要求的地址不可得（可能分配给其它用户），则服务器发送一个DHCP_NAK给客户，连接失败。

图1显示了DHCP协议的部分类图。

图1：DHCP的部分类图

图2是实例中请求IP的顺序图。

图2：请求IP的顺序图

图3是DHCP中Server类的状态图。

图3：DHCP-Server状态图

2、UML顺序图的一个形式化定义

为了能在测试中找出所有的场景，下面给出顺序图的形式化定义：

定义1（顺序图）顺序图SD可以表示为一个六元组：SD=，其中：

◆O={O1, O2, …,Om}，是对象的集合。O1, O2, …，Om都是顺序图中的对象。

◆M guard´message´name´parameter_list，是消息的集合。顺序图中的每一个消息都形如：“[卫士条件]消息名(参数)”。

◆E=M {s, r}，是事件集合。事件是指消息的发送和接收。对于消息msg，发送事件用表示，接收事件用表示。顺序图中所有发送消息事件的集合记为S，所有接收消息事件的集合记为R。SÇR=Æ, SÈR=E。

◆→是消息集合M上的一个全序关系，表示顺序图中的消息在纵向时间轴上的先后关系。

◆msg是从E到M的一个函数关系，msg(e) M表示事件e所对应的消息。

◆Obj是从E到O的一个函数关系，obj(e) O表示时间e所对应的对象。对象Oi上所有事件的集合记为Ei，Ei＝{e | e EÙobj(e)= Oi }。

在如图4所示的顺序图中：

O={obj1,obj2,obj3}; M={m1,m2,m3};

E={(m1,s),(m1,r),(m2,s),(m2,r),(m3,s),(m3,r)};

→=m1→m2→m3.

图4：一个简单的顺序图

顺序图主要描述了对象间发送消息的时间顺序。我们用符号‘<<’来表示事件间的先后关系，它满足如下三个性质：

1．对同一消息而言，发送事件先于接收事件。

2．在同一对象的生命线上，若事件e1出现在发送事件e2的上方，则e1先于e2。

3．在同一个对象的生命线上，如果接收事件e1出现在e2的上方，并且它们分别对应的发送事件也位于同一个对象的生命线上，则e1先于e2。

‘<<’顺序关系是强制顺序关系，那么即使它们在顺序图的时间轴上存在先后关系，这两个事件实际发生的先后顺序也是不确定的。例如图4中，尽管（m1,r）在（m3，r）的上方，但是在系统实际运行中，由于m1, m2, m3都是异步消息，因此（m1,r）并不一定先于（m3,r）发生，这是由于图形表示的局限性造成的。

一个简单顺序图（不包括分支）刻画了系统运行的一个场景，其运行过程表现为一个事件的序列（e1 , e2,…, em）,其中事件ei+1 在事件 ei后发生（1≤ i ≤m－1）。由于事件之间存在强制顺序关系‘<<’，因此并不是所有事件序列都是顺序图允许的。而且，由于‘<<’并不是一个全序关系，所以一个顺序图的场景可能允许多个事件序列。可以用一个有向无环图（DAG）来表示‘<<’关系，对于任意两个事件 ei，ei∈ E，如果 ei<< ei，则画一条从ei 指向ei 的边，直到所有事件都在这个有向图上。

通过遍历所得的DAG图，可以很容易的得到顺序图中的每一个有效的事件序列。在图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)>就是两个有效的事件序列。

定义2（顺序图的场景）对于顺序图SD=，场景定义为一个消息序列< M1,M2,…,Mm>，并且满足下面两个条件：

（1）所有M中的事件在序列中出现且仅出现一次，也就是说{M1,M2,…,Mm}=M且对于所有的i j，Mi Mj。

（2）对于任意两个消息序列Mi,MjÎM，如果（Mi,s）<<(Mj,s),那么序列中Mi在Mj的前面。

根据场景的定义，通过所找到的合法的事件序列就可以确定与该事件序列相应的场景。如图4，就是一个有效的场景。