基于服務(wù)虛擬化工具的分布式系統(tǒng)集成測(cè)試

金 華， 賈怡菁， 陳懿淵

（中海信息系統(tǒng)有限公司，上海200135）

0 引 言

迄今，越來越多的企業(yè)開始采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)來構(gòu)建自己的關(guān)鍵企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。此趨勢(shì)是若干因素共同促進(jìn)的結(jié)果。

1.依托多年來軟件工程發(fā)展所積累的經(jīng)驗(yàn)、方法及各種架構(gòu)模式。（如OO／MDD／MDA等），飛速發(fā)展變化的企業(yè)生產(chǎn)模式需要新的方法論來促進(jìn)更加高效的應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建模式。

2.互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展帶來了前所未有的分布式系統(tǒng)的交互能力，也逐漸成為了信息系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)。

分布式系統(tǒng)往往具有交互依賴復(fù)雜、交互消息協(xié)議類型眾多及消息中間件種類繁多等特點(diǎn)（見圖1）。

因此，針對(duì)采用分布式系統(tǒng)進(jìn)行集成測(cè)試時(shí)會(huì)面臨無可操作的圖形用戶界面、模塊接口關(guān)系及消息格式復(fù)雜、缺乏統(tǒng)一有效的測(cè)試手段、單元測(cè)試和集成測(cè)試之間存在鴻溝以及測(cè)試環(huán)境構(gòu)建費(fèi)時(shí)費(fèi)力難以平衡質(zhì)量和進(jìn)度等諸多問題，在分析分布式系統(tǒng)集成測(cè)試復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，通過深入研究IBM Rational集成測(cè)試工具套件，給出了符合航運(yùn)信息系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)的系統(tǒng)解決方案。

圖1 分布式系統(tǒng)特點(diǎn)

1 基于分布式系統(tǒng)的集成測(cè)試現(xiàn)狀

集成測(cè)試（也叫組裝測(cè)試或聯(lián)合測(cè)試）是指在單元測(cè)試的基礎(chǔ)上，將所有模塊按照設(shè)計(jì)要求組裝成為子系統(tǒng)或系統(tǒng)，進(jìn)行集成測(cè)試。實(shí)踐表明，一些模塊雖然可以單獨(dú)工作，但并不能保證連接起來也能正常工作。程序在某些局部反映不出來的問題，很可能在全局上暴露出來，影響系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)集成測(cè)試不同，采用全新的分布式體系架構(gòu)的信息系統(tǒng)在集成測(cè)試過程中通常會(huì)遇到以下問題。

1.1 無圖形用戶界面，模塊接口關(guān)系復(fù)雜

與傳統(tǒng)的集成測(cè)試過程不同，分布式應(yīng)用系統(tǒng)的測(cè)試是重點(diǎn)圍繞系統(tǒng)底層各個(gè)組件、模塊及子系統(tǒng)間的接口關(guān)系進(jìn)行的，通過消息傳遞判定接口間的通信是否正確。這些接口無法直觀地通過系統(tǒng)界面的操作進(jìn)行測(cè)試。因此，如果不能對(duì)模塊接口之間復(fù)雜的接口關(guān)系進(jìn)行高覆蓋率的測(cè)試，那么測(cè)試結(jié)果所能發(fā)現(xiàn)的缺陷只是浮在問題表面的冰山一角（見圖2）。

1.2 消息格式復(fù)雜，缺乏統(tǒng)一有效的測(cè)試手段

分布式應(yīng)用系統(tǒng)的各個(gè)模塊之間通信的消息的格式復(fù)雜多樣，常見的有HTTP、X ML、SOAP、File、JSON、REST、二進(jìn)制、JMS、Base64等幾種類型。這就要求測(cè)試人員必須熟悉每種消息的格式以及針對(duì)此類消息特有的測(cè)試方法；必須為每種消息構(gòu)建獨(dú)立的測(cè)試腳本。因此，測(cè)試工作難度大、復(fù)雜性高，不利于統(tǒng)一有效的執(zhí)行和管理。

1.3 單元測(cè)試和集成測(cè)試的“鴻溝”

在分布式應(yīng)用系統(tǒng)的測(cè)試過程中，往往會(huì)碰到這樣的問題：各子系統(tǒng)和模塊在獨(dú)立開發(fā)與單元測(cè)試階段進(jìn)行的都十分順利，模塊本身的質(zhì)量也可以保證，但進(jìn)行到集成測(cè)試階段，由于各模塊和組件之間的消息契約十分復(fù)雜、依賴關(guān)系眾多，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間在做聯(lián)調(diào)測(cè)試時(shí)容易出現(xiàn)各種各樣的問題，導(dǎo)致集成后的軟件系統(tǒng)質(zhì)量不可控，在運(yùn)行期間持續(xù)暴露各種各樣的缺陷。不可否認(rèn)，采用傳統(tǒng)集成測(cè)試方式進(jìn)行分布式系統(tǒng)測(cè)試，會(huì)導(dǎo)致單元測(cè)試和集成測(cè)試之間存在一條不可逾越的“鴻溝”（見圖2）。

1.4 測(cè)試環(huán)境構(gòu)建費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以平衡質(zhì)量和進(jìn)度

分布式應(yīng)用系統(tǒng)采用的技術(shù)種類眾多，包含各種類型的操作系統(tǒng)、中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)、通信協(xié)議等。為了測(cè)試一個(gè)端到端的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，往往需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間來重復(fù)搭建測(cè)試環(huán)境，且十分容易出錯(cuò)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，搭建測(cè)試環(huán)境一般會(huì)耗費(fèi)掉測(cè)試周期30%～50% 的 時(shí)間。

此外，針對(duì)特定條件的測(cè)試，需要定制的和額外的軟件支撐，往往花費(fèi)很多的人力、物力也很難構(gòu)建理想的測(cè)試運(yùn)行環(huán)境。這導(dǎo)致了測(cè)試工作效率低、質(zhì)量不可控，從而大大增加了應(yīng)用系統(tǒng)交付的風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)的質(zhì)量也難以得到保證。

2 基于Rational的分布式系統(tǒng)集成測(cè)試解決方案

目前市場(chǎng)上流行的集成測(cè)試解決方案主要有HP Ser vice Virtualization和IBM Rational集成測(cè)試與虛擬化解決方案。

1.HP Ser vice Virt ualization服務(wù)虛擬化解決方案通過模擬生產(chǎn)環(huán)境中服務(wù)的行為，使得開發(fā)和測(cè)試團(tuán)隊(duì)能始終跟上進(jìn)度，無須考慮后端與諸多生產(chǎn)系統(tǒng)的集成，用戶將有更多的精力放在開發(fā)和測(cè)試本身之上。

2.IBM Rational是一種專門用于測(cè)試分布式復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試工具，無論是遺留系統(tǒng)還是現(xiàn)代應(yīng)用，其具有無需編碼的測(cè)試、測(cè)試虛擬化、豐富的可擴(kuò)展性、持續(xù)測(cè)試和驗(yàn)證、多協(xié)議支持等優(yōu)勢(shì)。

通過對(duì)HP Ser vice Virtualization解決方案和IBM Rational集成測(cè)試工具套件進(jìn)行深入研究和大量實(shí)踐，最后選取IBM Rational集成測(cè)試工具套件來進(jìn)行分布式系統(tǒng)集成測(cè)試。提出了基于Rational的分布式系統(tǒng)集成測(cè)試解決方案，該方案可以較好地解決傳統(tǒng)集成測(cè)試過程面臨的諸多問題。該測(cè)試工具套件由Rational Integration Tester和Rational Test Virtualization Server兩大產(chǎn)品構(gòu)成。

2.1 Rational Integration Tester

Rational Integration Tester是一種全面支持面向服務(wù)的體系架構(gòu)，且具有領(lǐng)先集成技術(shù)的集成測(cè)試工具，可以在可視化的測(cè)試設(shè)計(jì)器中對(duì)數(shù)據(jù)交換進(jìn)行建模并創(chuàng)建基于服務(wù)，級(jí)別的測(cè)試。其具有以下特點(diǎn)：

1）功能強(qiáng)大的集成測(cè)試環(huán)境：能夠以易于理解的方式構(gòu)建系統(tǒng)之間接口的消息調(diào)用，能夠創(chuàng)建驗(yàn)證點(diǎn)，并根據(jù)消息的模式對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行判定。

2）完整的協(xié)議支持：提供了完整的協(xié)議支持，幾乎覆蓋了業(yè)界所有的協(xié)議和消息格式。

3）可持續(xù)遞增地進(jìn)行集成測(cè)試：與其在各個(gè)子系統(tǒng)開發(fā)好之后再進(jìn)行接口的聯(lián)調(diào)和集成測(cè)試，不如從一開始就根據(jù)消息契約把集成測(cè)試腳本定義好，然后在各個(gè)子系統(tǒng)的迭代實(shí)現(xiàn)過程中，持續(xù)、回歸、遞增式地執(zhí)行集成測(cè)試。這樣一來，單元測(cè)試結(jié)束之后，集成測(cè)試也基本結(jié)束了，有效地降低了系統(tǒng)集成時(shí)的復(fù)雜度以及缺陷出現(xiàn)率（見圖3）。

圖2 單元測(cè)試和集成測(cè)試的“鴻溝”

圖3 持續(xù)遞增的集成測(cè)試

2.2 Rational Test Virtualization Server

Rational Test Virtualization Server是一組相關(guān)集成工具的集合，測(cè)試人員可以通過該工具為測(cè)試環(huán)境的相關(guān)依賴創(chuàng)建“樁”模塊，從而使得測(cè)試工作不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)某個(gè)部分功能的不可用而停滯（見圖4）。

圖4 測(cè)試虛擬化流程

采用測(cè)試虛擬化給客戶帶來的收益包括：

（1）減少甚至消除了測(cè)試環(huán)境的基礎(chǔ)架構(gòu)的投入，包括軟件、硬件和配置的費(fèi)用；

（2）更多靈活的虛擬測(cè)試環(huán)境使在獨(dú)立的測(cè)試團(tuán)隊(duì)之間的并行開發(fā)更有效率；

（3）簡(jiǎn)化了測(cè)試數(shù)據(jù)管理：把從目標(biāo)系統(tǒng)建立和抽取測(cè)試數(shù)據(jù)的過程自動(dòng)化；

（4）減少了測(cè)試環(huán)境的對(duì)第三方系統(tǒng)的License使用。

3 航運(yùn)信息系統(tǒng)集成測(cè)試案例

3.1 應(yīng)用背景及問題分析

某航運(yùn)信息系統(tǒng)開發(fā)中，有很大一部分工作是基于各個(gè)口岸的業(yè)務(wù)規(guī)則開發(fā)出相應(yīng)的接口程序，接口產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的EDI報(bào)文并通過FTP或E－Mail的形式發(fā)送到口岸端?？诎抖私邮盏綀?bào)文之后進(jìn)行業(yè)務(wù)規(guī)則校驗(yàn)，如果校驗(yàn)成功，則進(jìn)行業(yè)務(wù)處理；如果校驗(yàn)失敗，將以FTP或E－Mail的形式發(fā)送回執(zhí)（EDI報(bào)文或者郵件）到航運(yùn)信息系統(tǒng)，開發(fā)人員再根據(jù)回執(zhí)中的錯(cuò)誤說明修改接口程序，并重新發(fā)送（見圖5）。

圖5 航運(yùn)系統(tǒng)接口程序工作流程

通常，航運(yùn)信息系統(tǒng)需要與眾多的口岸系統(tǒng)交互，而各口岸的EDI報(bào)文格式又千差萬別，這都給開發(fā)和測(cè)試人員的日常工作帶來了極大的困難，嚴(yán)重影響了團(tuán)隊(duì)開發(fā)和測(cè)試的效率，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）不同口岸的業(yè)務(wù)規(guī)則不同，通常規(guī)則分析需要一周；

（2）口岸的數(shù)量較多，開發(fā)工作需要二周；

（3）口岸端校驗(yàn)并回執(zhí)周期較長(zhǎng)，通常需要1－2天，開發(fā)人員無法及時(shí)得到響應(yīng)并進(jìn) 行修改；

（4）開發(fā)效率較低，無法在早期對(duì)報(bào)文接口執(zhí)行驗(yàn)證；

（5）EDI報(bào)文格式復(fù)雜且冗長(zhǎng)，很難依靠人工的方式逐條比對(duì)，對(duì)測(cè)試人員來說耗時(shí)耗力；

（6）報(bào)文種類繁多，格式規(guī)則繁多，為自動(dòng)化的回歸測(cè)試帶來了困難；

（7）測(cè)試依賴口岸端系統(tǒng)的處理和響應(yīng)，開發(fā)人員需耗費(fèi)大量的時(shí)間等待，無法持續(xù)地進(jìn)行集成測(cè)試。

3.2 解決思路

針對(duì)上述分析，考慮在實(shí)際工作中引入基于IBM Rational服務(wù)虛擬化工具套件的集成測(cè)試解決方案。

通過Rational Integration Tester，可以記錄和捕獲航運(yùn)企業(yè)應(yīng)用發(fā)送給口岸的報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文，形成報(bào)文基礎(chǔ)模板，針對(duì)不同的口岸校驗(yàn)規(guī)則開發(fā)出不同的報(bào)文“擋板”運(yùn)行在Rational Test Virtualization Ser ver上。

通過在Rational Test Virtualization Ser ver上運(yùn)行各種報(bào)文“擋板”，能夠截獲住通過航運(yùn)信息系統(tǒng)發(fā)送到口岸端系統(tǒng)的所有報(bào)文請(qǐng)求、自動(dòng)進(jìn)行規(guī)則校驗(yàn)，并將校驗(yàn)結(jié)果返回給航運(yùn)信息系統(tǒng)（見圖6）。

3.3 實(shí)現(xiàn)手段

3.3.1 創(chuàng)建報(bào)文“擋板”

Rational Integration Tester能夠支持包括EDIFACT、X12在內(nèi)各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的EDI協(xié)議，能夠創(chuàng)建報(bào)文模版并支持模版內(nèi)容的一鍵導(dǎo)入。報(bào)文模版能成為報(bào)文系統(tǒng)開發(fā)測(cè)試及構(gòu)建“擋板”的基礎(chǔ)（見圖7）。

圖6 EDI報(bào)文測(cè)試“擋板”

圖7 Rational Integration Tester對(duì)EDIFACT協(xié)議的支持

Rational Integration Tester采用規(guī)則和模版分離的方式，有效地實(shí)現(xiàn)了規(guī)則和消息直接“解耦合”；解決了無圖形用戶界面，模塊接口關(guān)系和消息格式復(fù)雜，缺乏統(tǒng)一有效的測(cè)試手段的問題。通過Rule Cache的機(jī)制，將報(bào)文的校驗(yàn)規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一處理（見圖8）。

圖8 通過Rule Cache實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)規(guī)則的統(tǒng)一管理

校驗(yàn)的方式十分靈活，支持諸如比較、長(zhǎng)度驗(yàn)證、正則表達(dá)式匹配、XPath驗(yàn)證等多種常見方式。

對(duì)于不同的報(bào)文模版，只需要將Rule Cache中的規(guī)則應(yīng)用到響應(yīng)的字段就能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)則與模版的綁定。

3.3.2 將“報(bào)文”部署到虛擬化服務(wù)器

Rational Test Virt ualization Ser ver提供了統(tǒng)一的中央存儲(chǔ)庫(kù)，用于集中管理和維護(hù)測(cè)試“擋板”。團(tuán)隊(duì)的成果能夠通過“一鍵上傳”的方式進(jìn)入到Rational Test Virtualization Server中。所有在Rational Test Virtualization Server中發(fā)布的“擋板”都可以通過統(tǒng)一的控制臺(tái)進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)，其他解決了測(cè)試環(huán)境構(gòu)建費(fèi)時(shí)費(fèi)力、難以平衡質(zhì)量和進(jìn)度的問題。

3.3.3 運(yùn)行測(cè)試

通過啟動(dòng)部署在Rational Test Virt ualization Ser ver中的各類報(bào)文“擋板”，開發(fā)和測(cè)試人員能夠以兩種方式執(zhí)行測(cè)試：

（1）通過航運(yùn)企業(yè)應(yīng)用以原始的方式發(fā)送EDI報(bào)文，報(bào)文“擋板”將自動(dòng)截獲住發(fā)送端報(bào)文，并根據(jù)定義在“擋板”中的校驗(yàn)規(guī)則將結(jié)果返回給航運(yùn)企業(yè)應(yīng)用，以供開發(fā)人員快速響應(yīng)，并進(jìn)行應(yīng)用程序的修改。

（2）通過在Rational Integration Tester中定義各類自動(dòng)化測(cè)試腳本，回歸測(cè)試各類口岸的校驗(yàn)規(guī)則，并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一管理和缺陷提交；通過這種方式，就能在開發(fā)的更早期持續(xù)地驗(yàn)證應(yīng)用所發(fā)送的各種報(bào)文的正確性，而不必依賴后端的口岸系統(tǒng)是否正在運(yùn)行，從而能夠更好地保證應(yīng)用的質(zhì)量。

3.3.4 測(cè)試結(jié)果

運(yùn)行結(jié)束后，會(huì)顯示出驗(yàn)證成功（Log：成功）和驗(yàn)證失敗（Fail：失敗）兩種結(jié)果（見圖9）。

圖9 測(cè)試結(jié)果

3.3.5 測(cè)試總結(jié)

通過引入“擋板”這種虛擬化技術(shù)，能以在本地搭建虛擬化口岸的方式有效地屏蔽掉口岸端規(guī)則校驗(yàn)的復(fù)雜性和延遲性，化被動(dòng)為主動(dòng)，使測(cè)試人員不必關(guān)注于口岸端的可用性和規(guī)則的復(fù)雜性，以盡可能早地對(duì)報(bào)文接口進(jìn)行測(cè)試，從而有效提升整個(gè)信息系統(tǒng)開發(fā)的效率，并充分保證系統(tǒng)的質(zhì)量。

4 結(jié) 語

詳細(xì)分析了分布式應(yīng)用系統(tǒng)集成測(cè)試現(xiàn)狀和所面臨的諸多問題，通過對(duì)IBM Rational集成測(cè)試工具套件進(jìn)行深入研究和大量實(shí)踐，提出了基于Rational的分布式系統(tǒng)集成測(cè)試解決方案，并已將其成功應(yīng)用于航運(yùn)信息系統(tǒng)的集成測(cè)試中。通過虛擬口岸端的Portal系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)規(guī)則校驗(yàn)，充分證明了Rational Integration Tester結(jié)合Rational Test Virt ualization Ser ver工具套件構(gòu)建測(cè)試“擋板”的能力，有效解決了當(dāng)前分布式系統(tǒng)集成測(cè)試中存在的問題，從而有效提高了測(cè)試工作的勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了成本并充分保證了系統(tǒng)的交付質(zhì)量。目前，該方案還處于使用的初期，軟件產(chǎn)品本身的購(gòu)買費(fèi)用及測(cè)試人員的學(xué)習(xí)成本相對(duì)較大。今后，隨著該方案大范圍地推廣應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加明顯。

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