CN109408363A - 基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，在使用代数规约对Web服务进行形式化描述的基础上，首先对代数规约中每条公理等式进行浮动实例化和可观察化处理，生成一组可检查浮动测试用例；然后针对每个可检查浮动测试用例，构造其带逆项测试执行图TEG‑R，用来表示测试执行序列和被测服务的状态变化；最后判断TEG‑R是否存在单线测试执行序列，若存在，则根据TEG‑R生成可检查浮动测试用例的一个单线测试执行序列。本发明解决了现有基于代数规约的测试用例生成方法无法适用于Web服务在线自动化测试的问题。

Description

基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法

技术领域

本发明涉及Web服务自动化测试技术，特别是一种基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法。

背景技术

Web服务由于自治性、平台独立性以及服务技术的广泛性得到了迅速地发展，然而并没有获得预期的广泛应用，其主要原因是服务消费者和服务提供者之间存在着信任问题，尤其在服务动态选择和使用时，服务提供者能否提供可靠的Web服务给服务消费者是一个关键问题。测试是建立信任的一种有力解决途径，是保证Web服务功能正确的重要技术。

面向服务架构(SOA)的特性使得Web服务测试比传统软件测试更加困难，面临一些新的挑战。一方面，测试人员很难获得服务的设计文档、源代码甚至是可执行代码，这使得测试人员只能根据服务提供商发布的WSDL、OWL-S、WSMO、BPEL等服务描述文档进行基于规约的测试，服务规约的多样性以及规约的不完整性给测试带来了极大挑战，很难进行充分和有效的测试活动。另一方面，服务运行架构的独立性使得测试人员缺乏对服务运行时的控制以及有效的观察手段，组合服务执行中Web服务的动态性和自适应性也使得测试人员很难离线确定被激活的服务，这些动态特性要求测试人员实施在线测试。和传统测试不同的是，这种在线测试不可能手工进行，所有在线测试活动必须是高度自动化的。因此，如何在缺乏被测服务完整规约信息以及有效观察手段的情况下，对Web服务进行完全自动化测试是一个非常具有挑战性的问题。

作为一种基于数学的方法，形式化规约是实现自动化测试的重要基础。形式化规约不仅可以消除歧义减少软件开发中引入错误的机会，而且自动生成测试用例以及检验软件输出结果的正确性。和其他形式化规约相比，代数规约高度抽象，完全独立于软件实现细节，能够在不暴露被测系统实现细节的前提下描述系统的可观察行为，且支持自动化测试。这些特点使得Web服务测试在缺乏服务实现细节的情况下可以描述服务可观察行为，支持服务动态发现和组合时进行自动化在线测试。

尽管代数规约已成功地应用于面向对象程序和基于构件系统测试，但已有基于代数规约的自动测试工具的实现技术均依赖于对被测对象进行创建、初始化和复制等操作来设置测试环境，通过保存和比较被测对象的状态等操作来检验测试结果的正确性，而面向服务的体系结构和Web服务并不支持这些操作。因此，如何基于代数规约进行Web服务自动化测试仍是一个具有挑战性的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，用于解决Web服务测试过程中难以控制和观察被测服务问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，包括如下步骤：

步骤1，通过对规约公理进行浮动实例化和可观察化处理生成可检查浮动测试用例；

步骤2，构造可检查浮动测试用例的带逆项测试执行图TEG-R，用于表示该测试用例的测试执行序列和被测服务的状态变化；

步骤3，根据TEG-R判断测试用例是否存在单线测试执行序列，若存在则生成该测试用例的一个单线测试执行序列。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)利用浮动实例化技术对包含且仅包含一个被测服务变量的公理等式进行实例化处理，避免了创建和初始化多个被测服务实例。传统技术使用基项代替公理等式中的所有变量，要求被测对象有两个实例或者只有一个实例但能够初始化实例，这种技术无法适用于Web服务在线自动化测试；本发明的浮动实例化技术保证生成的浮动测试用例能够在被测服务上运行；(2)利用可观察上下文技术对不可观察的浮动测试用例进行可检查化处理，解决了测试人员缺乏有效内部行为观察手段的问题，保证生成易于检查的测试执行结果；(3)利用带逆项测试执行图TEG-R能够精确分析可检查浮动测试用例的执行过程和被测服务的状态变化，从而易于生成Web服务的一个单线测试执行序列，解决了测试人员无法控制服务执行的问题，提高了Web服务的可测试性。

附图说明

图1是本发明基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法流程图。

图2是一个可检查浮动测试用例的TEG和TEG-R示意图。

图3是TEG-R合并过程示意图。

图4是两个isEq-项的TEG-R示意图。

图5是一个可检查浮动测试用例的TEG-R示意图。

具体实施方式

结合图1，一种基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，包括如下步骤：

步骤1，通过对规约公理进行浮动实例化和可观察化处理生成可检查浮动测试用例；

步骤2，构造可检查浮动测试用例的带逆项测试执行图TEG-R，用于表示该测试用例的测试执行序列和被测服务的状态变化；

步骤3，根据TEG-R判断测试用例是否存在单线测试执行序列，若存在则生成该测试用例的一个单线测试执行序列。

进一步的，所述步骤1生成可检查浮动测试用例的具体过程如下：

如果规约公理中有且仅有一个表示被测服务的变量，则生成其他变量的测试数据，对规约公理进行实例化处理生成浮动测试用例；如果生成的浮动测试用例是不可观察的，则利用可观察上下文技术生成可检查浮动测试用例。

进一步的，所述步骤2构造可检查浮动测试用例的带逆项测试执行图TEG-R的具体方法如下：

将可检查浮动测试用例进行形如isEq(τ_s,τ′_s),if is Eq(c₁,d₁),…,is Eq(c_n,d_n)的等式化处理；

为每个is Eq-项构造相应的带逆项测试执行图

利用融合技术合并生成可检查浮动测试用例的带逆项测试执行图

进一步的，所述步骤3生成可检查浮动测试用例的单线测试执行序列的具体方法如下：

若带逆项测试执行图中存在并发实体结点(即多个操作结点同时改变实体结点状态)且有两条及以上的改变并发实体结点状态的测试执行序列不存在逆序列，则该测试执行图无法生成单线测试执行序列，否则按照给定规则利用深度优先搜索技术生成一个单线测试执行序列。

本发明提出了一种基于代数规约的Web服务单线测试用例生成新方法，利用浮动实例化技术和可观察上下文技术生成可检查浮动测试用例，然后构造可检查浮动测试用例的带逆项测试执行图TEG-R，且基于TEG-R生成一个单线测试执行序列，用于解决Web服务测试过程中难以控制和观察被测服务问题。

下面结合附图对发明进行详细说明。

本发明所提出的一种基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，用于解决如何在缺乏对Web服务有效控制和观察的情况下对服务进行测试。虽然有些步骤是常规公知技术，但是本发明的新颖性和创造性在于提出浮动测试用例、单线测试执行序列、单线测试用例等新概念，提出用浮动测试代替固定状态测试、用单线测试序列代替多线测试序列的新技术路线，解决了传统技术无法适用于Web服务测试的问题。

图1是本发明方法的流程示意图。

针对测试过程中被测服务的行为难以控制、内部状态难以观察等问题，一个可行的方案是尽可能简化每一次测试用例执行，使得被测服务只有一个执行实例，不能初始化被测服务，测试执行序列是一个只对被测服务进行状态修改与状态检查的线性序列，并且执行结果可检查。因此，本发明提出首先进行公理等式的浮动实例化处理生成浮动测试用例，使得测试用例由两个等价浮动项组成，确保被测服务只有一个执行实例且不能初始化；然后进行浮动测试用例的可观察化处理生成可检查浮动测试用例，保证执行结果可检查；最后将可检查浮动测试用例转换成只包含一个被测对象实例、不包含实例初始化、只对被测对象进行状态修改与状态检查的一个线性序列，这样的序列称为“单线测试执行序列”。具体技术方案为：

(1)公理等式的浮动实例化处理

若公理等式中有且仅有一个被测服务的变量，则利用随机生成技术或基于搜索的技术为其他变量生成测试数据，将测试数据代替相应变量即生成由两个等价浮动项组成的浮动测试用例。

(2)浮动测试用例的可观察化处理

给定浮动测试用例<τ_s,τ′_s>，若τ_s和τ′_s是不可观察的，则利用可观察上下文技术将<τ_s,τ′_s>转化为一个可检查浮动测试用例集合{<θ(τ_s),θ(τ′_s)>|θ(x)∈OC(x)}，其中OC(x)是类子s的可观察上下文。

(3)单线测试执行序列的生成

为了生成可检查浮动测试用例的单线测试执行序列，本发明提出了一种单线测试用例生成技术，构造带逆项测试执行图TEG-R描述可检查浮动测试用例的执行过程并反映被测服务的状态转换，根据TEG-R判断其是否存在单线测试执行序列，若存在则生成可检查浮动测试用例的一个单线测试执行序列。

在具体的实施方式中，利用带逆项测试执行图(简称TEG-R)精确描述和分析可检查浮动测试用例的执行过程和被测服务的状态变化。TEG是一个有向图G(s)＝(N,Ar,lab)，其中N是一个有限结点集，由实体结点集N^e和操作结点集N^o组成，N^e中的每个实体结点带标识x:s，表示相邻操作结点的输入输出对象及类型，用矩形表示，N^o中的每个操作结点使用操作名标识，表示测试要执行的操作，用椭圆表示；Ar是一个有限边集，实体结点到操作结点的边表示操作输入，操作结点到实体结点的边表示操作输出；是结点标识函数，表示实体结点和操作结点的标识。TEG的开始结点和结束结点唯一，开始结点表示可检查浮动测试用例中唯一被测对象的实体结点，结束结点为测试执行序列中最后一个操作输出的实体结点。如图2中a部分所示。

由于TEG中存在同时改变实体结点状态的多个操作结点，我们称该实体结点为“并发实体结点”，如图2-a中的“s:Stack”实体结点。由于被测服务行为难以控制，在并发实体结点执行某个改变状态的操作后难以回到原状态，这使得并发实体结点的其他操作无法执行。一个可行的解决方案是对并发实体结点执行一个测试执行序列τ改变其状态后，通过执行另一个测试执行序列ρ使得其回到原状态，我们将ρ称为τ的“逆序列”。实验发现，大部分测试执行序列存在逆序列，如图2-a中的测试执行序列pop(replace(s,1))的逆序列是push(s′,top(s))，s′是s执行测试执行序列pop(replace(s,1))中最后一个操作的输出实体结点。因此，我们提出使用带逆项测试执行图(TEG-R)来描述可检查浮动测试用例的执行过程和被测服务的状态转换，其核心思想是为改变并发实体结点的测试执行序列构造其逆序列。

可检查浮动测试用例的TEG-R构造步骤如下：

1)对可检查浮动测试用例进行等式化处理，用操作名替代操作符，如＝和>替换为isEq和isG，因此，形如τ_s＝τ′_s,if c₁＝d₁,…,c_n＝d_n的等式生成可检查浮动测试用例is Eq(τ_s,τ′_s),if is Eq(c₁,d₁),…,is Eq(c_n,d_n)。

2)构造每个isEq-项的带逆项测试执行图每个isEq-项的TEG-R构造算法如下：

步骤1：初始化实体结点集N^e、操作结点集N^o和边集Ar为初始化列表list＝{isEq}；

步骤2：为list中的每一个常量和变量生成实体结点n_e并添加到N^e中；

步骤3：将list中的所有操作添加到操作集合sop中，若sop为空，转步骤8；否则依次获取sop中每一个操作的参数列表并添加到list中，构造每个参数的TEG，递归执行步骤2至步骤7；

步骤4：为sop中的每一个操作生成操作结点n_o并生成返回值实体结点n_re，将n_o和n_re分别添加到N^o和N^e；

步骤5：在n_o的每一个参数实体结点n_pe和n_o之间生成实线边并添加到Ar；

步骤6：若n_o改变n_pe的状态，将n_pe加入并发结点集

步骤7：在操作结点n_o和返回值实体结点n_re之间生成实线边并添加到Ar；

步骤8：为生成的TEG构造逆序列,针对中的每一个结点n_e,若n_e是并发结点，且以n_e开始的测试执行序列有其对应的逆序列，则构造其逆项TEG，逆项TEG中的结点和边用虚线表示，然后与原TEG合并生成isEq-项的TEG-R。

3)通过融合技术合并合并过程如图3所示。首先为每个条件添加操作结点AssertTrue，并连接到的结束结点；然后合并n个条件生成最后合并和生成浮动测试用例的

在TEG-R的基础上，我们进一步构造可检查浮动测试用例的单线测试执行序列。首先判断可检查浮动测试用例的TEG-R是否是单线的，若TEG-R中存在并发结点且有两条及以上的改变并发实体结点的测试执行序列不存在逆序列，则该TEG-R无法生成单线测试执行序列，否则按照下列规则利用深度优先搜索技术生成一个单线测试执行序列。

规则1：优先遍历条件路径。如果中包含条件则优先搜索条件

规则2：优先遍历不改变实体结点状态的路径。我们定义了TEG-R中每个实体结点的孩子操作结点的优先级，即属性操作(不改变实体状态)>检索操作(带实体状的态操作且不改变实体状态)>转换操作(带实体状态的操作且改变实体状态)。

规则3：优先遍历实体结点的可逆序列。

同时，我们定义了以上三个规则的优先级，即规则1>规则2>规则3。

实施例

为了方便描述，我们假设有如下简化的应用实例：

我们有服务规约Stack，包含如下公理等式：

(pop(replace(s,x)))＝pop(s),if length(s)>0；

其中s和x分别是类型为Stack和Integer的变量，pop,replace,push是改变状态操作，length,top是属性操作。

根据前面所述的基于代数规约的Web服务单线测试用例试生成方法，为该公理等式生成单线测试用例的具体步骤如下：

1)对公理等式进行浮动实例化处理，我们可以使用通过随机生成技术或基于搜索的技术生成的类型为Integer的测试数据来实例化变量x，现假定生成数值1，则生成如下只包含一个Stack类型变量的浮动测试用例：

(pop(replace(s,1)))＝pop(s),if length(s)>0；

2)对上述浮动测试用例进行可观察化处理，由于浮动测试用例左右两边的浮动项(pop(replace(s,1)))和pop(s)都是不可观察的，因此需要使用可观察上下文技术为其添加可观察上下文生成一组可检查浮动测试用例。现假定添加某个可观察上下文top()进行可观察化处理，则生成如下可检查浮动测试用例：

top(pop(replace(s,1)))＝top(pop(s)),if length(s)>0；

3)对上述可检查浮动测试用例进行等式化处理，将＝替换为isEq，>替换为isG，处理结果如下：

isEq(top(pop(replace(s,1))),top(pop(s))),if isEq(isG(length(s),0),true)

4)我们分别为上述等式化处理的可检查浮动测试用例的两个isEq-项构造构造TEG-R，如图4所示的和其中实线表示isEq-项中测试执行序列的结点和边，虚线表示相关逆序列的结点和边；

5)合并和首先为添加AssertTrue操作结点及相关边生成然后合并和合并结果如图5所示；

6)通过判断得知图5所表示的TEG-R是单线的，因此通过搜索规则1、2、3对图5的TEG-R进行深度优先搜索生成一个单线测试执行序列。为了便于描述，我们为TEG-R中的每条边赋予一个编号。首先遍历条件路径(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10)，然后遍历不改变实体结点状态的路径(19,20)和可逆序列(24,25,26,27,28,29,30)，接着遍历逆序列(21,22,23)回到实体结点“s:Stack”，最后遍历路径(11,12,13,14,15,31,32)，最终生成的单线测试执行序列如下所示：

其中_i表示运行时生成的临时变量，i＝1,…,10。

Claims (6)

1.一种基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，通过对规约公理进行浮动实例化和可观察化处理生成可检查浮动测试用例；

步骤2，构造可检查浮动测试用例的带逆项测试执行图TEG-R，用于表示该测试用例的测试执行序列和被测服务的状态变化；

步骤3，根据TEG-R判断测试用例是否存在单线测试执行序列，若存在则生成该测试用例的一个单线测试执行序列。

2.根据权利要求1所述的基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，其特征在于，所述步骤1生成可检查浮动测试用例的具体过程如下：

如果规约公理中有且仅有一个表示被测服务的变量，则生成其他变量的测试数据，对规约公理进行实例化处理生成浮动测试用例；如果生成的浮动测试用例是不可观察的，则利用可观察上下文技术生成可检查浮动测试用例。

3.根据权利要求1所述的基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，其特征在于，所述步骤2构造可检查浮动测试用例的带逆项测试执行图TEG-R的具体方法如下：

将可检查浮动测试用例进行等式化处理；

为每个isEq-项构造相应的带逆项测试执行图

利用融合技术合并生成可检查浮动测试用例的带逆项测试执行图

4.根据权利要求3所述的基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，其特征在于，为每个isEq-项构造相应的带逆项测试执行图，具体为：

1)初始化实体结点集N^e、操作结点集N^o和边集Ar为初始化列表list＝{isEq}；

2)为list中的每一个常量和变量生成实体结点n_e并添加到N^e中；

3)将list中的所有操作添加到操作集合sop中，若sop为空，转步骤8)；否则依次获取sop中每一个操作的参数列表并添加到list中，构造每个参数的TEG，递归执行步骤2)至步骤7)；

4)为sop中的每一个操作生成操作结点n_o并生成返回值实体结点n_re，将n_o和n_re分别添加到N^o和N^e；

5)在n_o的每一个参数实体结点n_pe和n_o之间生成实线边并添加到Ar；

6)若n_o改变n_pe的状态，将n_pe加入并发结点集

7)在操作结点n_o和返回值实体结点n_re之间生成实线边并添加到Ar；

8)为生成的TEG构造逆序列,针对中的每一个结点n_e,若n_e是并发结点，且以n_e开始的测试执行序列有其对应的逆序列，则构造其逆项TEG，逆项TEG中的结点和边用虚线表示，然后与原TEG合并生成isEq-项的TEG-R。

5.根据权利要求3所述的基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，其特征在于，利用融合技术合并生成可检查浮动测试用例的带逆项测试执行图具体为：

首先为每个条件添加操作结点AssertTrue，i＝1,…,n，并连接到的结束结点；然后合并n个条件生成最后合并和生成浮动测试用例的

6.根据权利要求1所述的基于代数规约的Web服务单线测试用例生成方法，其特征在于，所述步骤3生成可检查浮动测试用例的单线测试执行序列的具体方法如下：

若带逆项测试执行图中存在并发实体结点且有两条及以上的改变并发实体结点状态的测试执行序列不存在逆序列，则该测试执行图无法生成单线测试执行序列，否则按照给定规则利用深度优先搜索技术生成一个单线测试执行序列。