業(yè)務(wù)流程建模與測試方法研究

丁明,張書玲,張琛

(1.西北大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,710127,西安;2.中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所,710119,西安;3.西安電子科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院,710071,西安)

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業(yè)務(wù)流程建模與測試方法研究

丁明1,2,張書玲1,張琛3

(1.西北大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,710127,西安;2.中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所,710119,西安;3.西安電子科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院,710071,西安)

針對復(fù)雜業(yè)務(wù)流程設(shè)計測試效率低、自動化程度不高、測試用例正確性難以保證的問題,在研究接口自動機(jī)模型的基礎(chǔ)上,提出了一種基于模型的業(yè)務(wù)流程測試方法。該方法首先采用擴(kuò)展帶約束的接口自動機(jī)對業(yè)務(wù)流程設(shè)計進(jìn)行形式化描述,并給出了從業(yè)務(wù)流程設(shè)計模型到帶約束的接口自動機(jī)模型的轉(zhuǎn)換算法;然后基于模型完成了對業(yè)務(wù)流程設(shè)計與需求的一致性驗(yàn)證,將驗(yàn)證后的接口自動機(jī)模型作為業(yè)務(wù)流程的測試模型,通過其特有的“樂觀方法”和博弈思想實(shí)現(xiàn)了流程間的嵌套調(diào)用組合;最后定義了業(yè)務(wù)流程的測試覆蓋準(zhǔn)則,并在滿足活動約束條件組合覆蓋準(zhǔn)則的前提下,設(shè)計了相應(yīng)的測試用例生成算法。實(shí)例分析表明:該方法能夠簡化測試過程,可用于業(yè)務(wù)流程設(shè)計的測試用例自動化生成,有效保證了測試用例的正確性,提高了測試效率。

業(yè)務(wù)流程;接口自動機(jī);覆蓋準(zhǔn)則;測試用例

復(fù)雜業(yè)務(wù)流程節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、活動及關(guān)系復(fù)雜,且流程之間相互嵌套調(diào)用,從而導(dǎo)致測試復(fù)雜度較高。通過對業(yè)務(wù)流程的節(jié)點(diǎn)、活動、約束、遷移關(guān)系等構(gòu)成元素進(jìn)行抽象,并采用形式化方法進(jìn)行描述,可實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)流程設(shè)計與需求的一致性以及流程的死鎖、可達(dá)性等驗(yàn)證[1-4]。通過驗(yàn)證的形式化模型可作為業(yè)務(wù)流程的測試模型,依據(jù)測試覆蓋準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)基于模型的測試用例自動化生成[5],能夠有效保證測試用例的正確性,提高業(yè)務(wù)流程設(shè)計的測試效率。

對業(yè)務(wù)流程的驗(yàn)證和測試,目前已提出了多種形式化模型。文獻(xiàn)[6]中應(yīng)用有限狀態(tài)機(jī)對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行建模和一致性驗(yàn)證,并根據(jù)遷移覆蓋和狀態(tài)覆蓋生成測試用例;文獻(xiàn)[7]使用Petri網(wǎng)對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行建模,Petri網(wǎng)具有直觀的圖形化表示、精確的語義、強(qiáng)大的表達(dá)能力和基于狀態(tài)而不是基于事件等優(yōu)點(diǎn);文獻(xiàn)[8]應(yīng)用Pi演算進(jìn)行Web服務(wù)組合驗(yàn)證,作為一種理論成熟的進(jìn)程代數(shù)方法,Pi演算使用基于文本的進(jìn)程表達(dá)式描述系統(tǒng),具有形式簡單、表達(dá)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。接口自動機(jī)(Interface Automata)是一種輕量級的形式化模型[9],采用“樂觀方法”來定義組合問題,并用博弈理論進(jìn)行解釋,本文采用帶約束的接口自動機(jī)(CIA)作為描述業(yè)務(wù)流程的形式化模型。

1 業(yè)務(wù)流程建模

1.1 業(yè)務(wù)流程的定義與表示

Hammer等給出了業(yè)務(wù)流程的經(jīng)典定義:業(yè)務(wù)流程由一組創(chuàng)造價值的活動組合而成,活動有且僅有一個輸入,不少于一個輸出結(jié)果,輸出結(jié)果表示客戶價值的增值[10]。典型的業(yè)務(wù)流程包括輸入資源、按一定規(guī)則執(zhí)行的活動、活動之間的相互關(guān)系和作用(即結(jié)構(gòu))、輸出結(jié)果、顧客、流程創(chuàng)造的價值等要素。為了準(zhǔn)確、完整地描述流程執(zhí)行過程,采用十二元組定義M=(O,Ai,Ae,Ao,A,S,E,C,β,φ,α,t),其中:O是流程中所有節(jié)點(diǎn)的集合;Ai是節(jié)點(diǎn)中的內(nèi)部活動,其執(zhí)行與其他流程無交互關(guān)系,活動執(zhí)行后轉(zhuǎn)至其他節(jié)點(diǎn);Ae是節(jié)點(diǎn)中的輸入活動,必須等待其他流程的輸入激活,活動執(zhí)行后轉(zhuǎn)至其他節(jié)點(diǎn);Ao是節(jié)點(diǎn)中的輸出活動,其執(zhí)行必定激活其他流程,同時流程轉(zhuǎn)至其他節(jié)點(diǎn);A是流程中所有活動的集合,A=Ai∪Ae∪Ao;S是開始節(jié)點(diǎn),每個流程有且只有唯一的開始節(jié)點(diǎn);E是終止節(jié)點(diǎn)的集合,每個流程至少有一個終止節(jié)點(diǎn);C是活動約束條件的集合;β是Ai、C到O的一個函數(shù)關(guān)系,β(co,ai)∈O,co∈C,ai∈Ai是ai所屬節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行的約束條件;φ是Ae、C到O的一個函數(shù)關(guān)系,φ(co,ae)∈O,co∈C,ae∈Ae是ae所屬節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行的約束條件;α是Ao、C到O的一個函數(shù)關(guān)系,α(co,ao)∈O,co∈C,ao∈Ao是ao所屬節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行的約束條件;t是流程節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)移的遷移函數(shù),O×A→O,t(o,a)=o′,o∈O,o′∈O,a∈A表示從一個節(jié)點(diǎn)執(zhí)行活動后到達(dá)另一個節(jié)點(diǎn)。

1.2 業(yè)務(wù)流程的擴(kuò)展接口自動機(jī)模型

文獻(xiàn)[9]中Luca等提出了接口自動機(jī)理論,可用于描述組件接口的時序性,即接口交互活動間的先后順序關(guān)系。接口自動機(jī)采用“樂觀方法”判別接口組合兼容性,可大幅削減組合后的接口狀態(tài),是一種輕量級的自動機(jī)模型。

定義帶約束的接口自動機(jī)P的一個執(zhí)行片段是狀態(tài)與活動(含約束)交替排列的有限序列v0a0[c0]v1a1[c1]…vn,其中(vi,ci,ai,vi+1)∈KP,0≤i

為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的CIA描述,定義復(fù)雜業(yè)務(wù)流程的帶約束的接口自動機(jī)模型構(gòu)造算法。

算法1構(gòu)造業(yè)務(wù)流程帶約束的接口自動機(jī)模型

輸入業(yè)務(wù)流程的十二元組描述

輸出業(yè)務(wù)流程的帶約束的接口自動機(jī)模型

(1)CIA的狀態(tài)集合VP=O,業(yè)務(wù)流程中的一個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)一個狀態(tài);

(6)狀態(tài)遷移集合,包含遷移前后狀態(tài)和活動之間的關(guān)系,TP={(v,a,v′)|v∈O∧v′∈O∧a∈A∧t(v,a)=v′};

(7)約束條件集合CP=C,業(yè)務(wù)流程活動約束條件對應(yīng)自動機(jī)的活動約束;

(10)CIA的帶約束的活動遷移集合KP?MP×TP={(v,c,a,v′)|(c,a)∈MP∧(v,a,v′)∈TP}。

1.3 業(yè)務(wù)流程間嵌套調(diào)用建模

業(yè)務(wù)流程之間相互嵌套調(diào)用時,執(zhí)行業(yè)務(wù)流程中的輸出活動,會向外部發(fā)送調(diào)用消息,啟動另一業(yè)務(wù)流程;另一方面,輸入活動激活需等待另一流程發(fā)送的消息。多個業(yè)務(wù)流程互相交互調(diào)用的過程,在設(shè)計測試用例時可進(jìn)行組合,成為一個組合的業(yè)務(wù)流程,從而簡化測試用例生成。業(yè)務(wù)流程的相互調(diào)用可轉(zhuǎn)化為帶約束的接口自動機(jī)組合,兩個帶約束的接口自動機(jī)P和Q,組合的過程需先判斷P和Q中帶約束的活動是否滿足組合條件。

定義兩個接口自動機(jī)P、Q若滿足條件

?,?,

則稱它們是可組合的。

兩個CIA組合后形成的P×Q中可能存在某個狀態(tài)下P中帶約束的輸出活動不能滿足Q中帶約束的輸入活動,或在某個狀態(tài)下Q中帶約束的輸出活動不能滿足P中帶約束的輸入活動,即兩個待組合的CIA中帶約束的輸入和輸出活動不匹配,定義為到達(dá)了非法狀態(tài),組合是不兼容的。

通過上述方法,可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的形式化描述,可轉(zhuǎn)化為帶約束的接口自動機(jī),通過模型檢測方法驗(yàn)證業(yè)務(wù)流程設(shè)計模型與需求的一致性,以及流程的死鎖、可達(dá)性等。經(jīng)過驗(yàn)證的業(yè)務(wù)流程CIA模型將用于測試用例的生成。

2 基于接口自動機(jī)的測試用例生成

本文定義的復(fù)雜業(yè)務(wù)流程的測試用例生成過程如圖1所示,使用CIA模型形式化描述業(yè)務(wù)流程,并進(jìn)行流程設(shè)計與需求的一致性驗(yàn)證,確認(rèn)后的CIA模型可采用“樂觀方法”處理組合問題,描述流程間的嵌套調(diào)用。針對合并后的CIA模型,定義覆蓋準(zhǔn)則,設(shè)計算法,自動生成滿足覆蓋準(zhǔn)則的測試用例。

圖1 復(fù)雜業(yè)務(wù)流程的測試用例生成過程

2.1 覆蓋準(zhǔn)則定義

為了使設(shè)計的測試用例滿足要求的覆蓋程度,測試用例生成需遵循一定的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。定義一個測試集合D和一個待測試的業(yè)務(wù)流程M,測試的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)包括:①節(jié)點(diǎn)覆蓋,D必須保證M中的每個節(jié)點(diǎn)至少運(yùn)行一次,節(jié)點(diǎn)覆蓋對活動覆蓋較少,是較容易滿足的測試準(zhǔn)則,需要的測試用例相對較少;②活動覆蓋,D必須保證M中的每個活動至少執(zhí)行一次,活動覆蓋比節(jié)點(diǎn)覆蓋強(qiáng),但覆蓋程度仍不高;③活動約束條件覆蓋,D不僅保證業(yè)務(wù)流程中每個活動至少執(zhí)行一次,而且對活動約束條件表達(dá)式中每個條件變量各種可能結(jié)果都執(zhí)行一次,通常情況下活動約束條件覆蓋通常比活動覆蓋強(qiáng),因?yàn)榛顒痈采w只遍歷整個活動約束條件表達(dá)式的值,而活動約束條件覆蓋使每個條件變量都取得不同的結(jié)果;④活動約束條件組合覆蓋,D保證覆蓋業(yè)務(wù)流程所有活動約束條件表達(dá)式中所有條件變量的各種組合可能都至少出現(xiàn)一次。

上述的4類覆蓋標(biāo)準(zhǔn)中,活動約束條件組合覆蓋是最強(qiáng)的覆蓋準(zhǔn)則,符合該準(zhǔn)則的測試用例,可以滿足活動覆蓋和活動約束條件覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。本文在滿足活動約束條件組合覆蓋準(zhǔn)則的前提下,給出業(yè)務(wù)流程的測試用例定義和生成過程。

2.2 測試用例生成

業(yè)務(wù)流程的測試用例(BPTC)是為了達(dá)到用戶的業(yè)務(wù)需求目標(biāo)而設(shè)計的一組測試輸入、執(zhí)行條件和預(yù)期結(jié)果,用以確認(rèn)業(yè)務(wù)流程中的某個場景是否滿足用戶需求。BPTC是流程中從開始節(jié)點(diǎn)到終止節(jié)點(diǎn)的一個執(zhí)行序列,在使用CIA模型描述的業(yè)務(wù)流程設(shè)計中,包含了產(chǎn)生測試用例所需的信息,一個測試用例對應(yīng)從初始狀態(tài)到某個終止?fàn)顟B(tài)的帶約束可達(dá)的執(zhí)行片段。根據(jù)業(yè)務(wù)流程活動約束條件組合覆蓋準(zhǔn)則和測試用例定義,測試用例設(shè)計與生成可采用以下算法。

算法2業(yè)務(wù)流程測試用例集生成算法

輸入帶約束的接口自動機(jī)P

輸出測試用例集合D

(1)遍歷P中約束條件集合CP,列出所有約束條件。

(2)遍歷集合CP中每個約束條件變量各種可能取值,生成約束條件取值的全排列組合。

(4)通過以上的步驟,在P中為每個約束條件組合序列對應(yīng)生成一個從初始狀態(tài)到終止?fàn)顟B(tài)的執(zhí)行片段。一個執(zhí)行片段對應(yīng)生成一條測試用例,所有執(zhí)行片段集合即為D。

3 實(shí)例分析

本節(jié)以簡化的銀行理財產(chǎn)品購買流程為例,說明業(yè)務(wù)流程的建模與測試用例生成過程。根據(jù)產(chǎn)品風(fēng)險特性,一般將理財產(chǎn)品風(fēng)險由低到高分為5個級別,用戶允許購買的理財產(chǎn)品風(fēng)險必須小于等于用戶可接受的風(fēng)險等級。用戶購買理財產(chǎn)品的業(yè)務(wù)流程包括登錄系統(tǒng)、確認(rèn)用戶類型、選擇理財產(chǎn)品、輸入購買金額、執(zhí)行購買等過程,流程執(zhí)行過程中嵌套調(diào)用用戶可接受風(fēng)險測評和計算理財產(chǎn)品余額兩個子流程。使用業(yè)務(wù)流程建模與標(biāo)注(BPMN)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范描述的流程如圖2、3、4所示。

根據(jù)定義,圖2、3、4所示業(yè)務(wù)流程分別表示為M1、M2、M33個十二元組。使用算法1定義的構(gòu)造方法,流程對應(yīng)的CIA模型P1、P2、P3,如圖5、6、7所示。模型中輸入活動用“?”表示,輸出活動用“!”表示,未標(biāo)識的為內(nèi)部活動。

P1、P2、P3滿足定義的模型組合條件,組合后的CIA模型表示為Q=(P1×P2)×P3,如圖8所示。

根據(jù)算法2定義的測試用例集生成方法,組合后的接口自動機(jī)模型Q中所有約束條件取值的組合如表1所示,測試用例集合為D。按照每個組合序列,從CIA模型的初始狀態(tài)開始,根據(jù)約束條件取值進(jìn)行狀態(tài)遍歷到終止?fàn)顟B(tài)結(jié)束,狀態(tài)遍歷中循環(huán)限制至多出現(xiàn)一次,得到測試用例集合D包含6條測試用例,可以覆蓋表1約束條件取值組合,每條測試用例對應(yīng)帶約束的接口自動機(jī)Q中一個初始狀態(tài){狀態(tài)a}到終止?fàn)顟B(tài)集{狀態(tài)i,狀態(tài)t,狀態(tài)r}的執(zhí)行片段。

圖2 理財購買流程

圖3 用戶可接受風(fēng)險測評流程

圖4 計算理財產(chǎn)品余額流程

圖5 M1流程的CIA模型P1

圖6 M2流程的CIA模型P2

圖7 M3流程的CIA模型P3

表1 約束條件取值組合

4 結(jié)束語

良好的業(yè)務(wù)流程設(shè)計與實(shí)現(xiàn)是保證企業(yè)流程運(yùn)行的關(guān)鍵,對復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行驗(yàn)證、測試是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作,尤其是復(fù)雜流程間的相互嵌套調(diào)用。文中采用擴(kuò)展的帶約束條件的接口自動機(jī)描述業(yè)務(wù)流程設(shè)計模型,通過接口自動機(jī)特有的“樂觀方法”和博弈思想處理流程間的嵌套調(diào)用組合,簡化了測試過程,并定義了測試覆蓋準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)測試用例的自動生成。將其應(yīng)用于業(yè)務(wù)流程管理實(shí)施中,可實(shí)現(xiàn)測試工作的早期規(guī)劃,提高測試的自動化程度和測試效率。

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(編輯 趙煒)

Modeling and Testing Methods of Business Process

DING Ming1,2,ZHANG Shuling1,ZHANG Chen3

(1. School of Information Science and Technology, Northwest University, Xi’an 710127, China;2. Xi’an Aeronautics Computing Technique Research Institute, Aviation Industry Corporation of China, Xi’an 710119, China;3. School of Computer Science and Technology, Xidian University, Xi’an 710071, China)

To improve the automation level as well as the efficiency and accuracy of complex business process, and on the basis of studying interface automata models, a novel model-based testing approach for business processes is proposed. First, the extended constraint interface automata are used to describe the business process design. The algorithm for transforming the design models into constraint interface automata is presented. Furthermore, the consistency of business process design with requirements is verified. The verified interface automata are regarded as the test models of business processes. Optimistic approach and game theory are used to model the nested calls among business processes. Finally, the coverage criteria of business process test are defined. And the algorithm for test cases generating is given to satisfy the constraint combinations. Case studies show that this approach can be used for automatic generation of test cases for business process design and reduce the complexity of test cases generation and hence ensuring the correctness of test cases.

business process; interface automata; coverage criteria; test case

10.7652/xjtuxb201603020

2015-07-08。 作者簡介:丁明(1982—),男,博士生;張書玲(通信作者),男,教授,博士生導(dǎo)師。 基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61502365)。

TP311

:A

:0253-987X(2016)03-0127-06