用例圖和順序圖構造操作剖面方法的有效軟件工程論文
摘 要:探討了由面向對象用例模型構造操作剖面的可行性,結合一個(gè)實(shí)例,詳細介紹基于統一建模語(yǔ)言UML(Unified Modeling Language)的用例圖和順序圖構造操作剖面的具體方法,代寫(xiě)碩士論文并對基于UML用例圖和順序圖構造操作剖面方法的有效性進(jìn)行了分析.結果表明,將操作剖面構造與軟件系統建模相結合,可大大簡(jiǎn)化構造過(guò)程,降低開(kāi)發(fā)費用.
關(guān)鍵詞: 軟件;軟件工程;可靠性工程;操作剖面;用例模型;統一建模語(yǔ)言;用例圖;順序圖
操作剖面是描述用戶(hù)如何使用軟件的一種技術(shù).因此通過(guò)構造軟件系統的操作剖面,可以有效的指導軟件可靠性測試工作,獲得理想的測試結果,大大提高軟件系統的可靠性.一方面,軟件運行條件和用戶(hù)的使用情況可以用剖面概念進(jìn)行描述;另一方面,建立完整的系統表示模型,可以使人們從全局上把握軟件系統的全貌.因此,如何準確高效的構造出切合實(shí)際的軟件系統操作剖面已成為軟件可靠性測試工作的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節.操作剖面的基于非面向對象技術(shù)的構造已經(jīng)有了較為系統化的、成熟的理論和方法[1],而基于面向對象技術(shù),尤其是基于統一建模語(yǔ)言UML(Unified Modeling Language)的系統操作剖面構造的系統化和成熟的理論、技術(shù)、方法以及相關(guān)工具目前尚未見(jiàn)到.
隨著(zhù)面向對象技術(shù)應用的日益廣泛,如何將面向對象技術(shù)用于軟件系統操作剖面的構造已逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[2~4].本文探討在成熟的面向對象統一建模語(yǔ)言UML基礎上進(jìn)行軟件系統操作剖面的構造,并對其有效性進(jìn)行了分析.
1基本概念及操作剖面傳統構造方法
1.1 基本概念
統一建模語(yǔ)言UML是面向對象技術(shù)發(fā)展的重大里程碑.它不僅支持面向對象的分析與設計,還支持從需求分析開(kāi)始的軟件開(kāi)發(fā)的全過(guò)程.UML用例視圖,作為描述系統功能需求的手段和方法,用于輔助需求分析,描述項目的功能性需求.用例模型中,每個(gè)用例的執行獨立于其他用例,在功能上具有完整性.用例是一個(gè)類(lèi),它完整地描述系統功能,包括用例執行過(guò)程中可能產(chǎn)生的諸多變化情況,錯誤情況和異常情況等.用例實(shí)例化的結果通常稱(chēng)為場(chǎng)景(Scenario),場(chǎng)景描述系統執行的一個(gè)特定情況.但用例視圖是靜態(tài)的,用例的動(dòng)態(tài)執行過(guò)程不能表述,需要用UML的交互模型和活動(dòng)模型進(jìn)行描述.而順序圖模型可以用來(lái)進(jìn)行一個(gè)場(chǎng)景說(shuō)明———即一個(gè)事務(wù)的歷史過(guò)程[6],即完成用例動(dòng)態(tài)執行的模擬.因此認為,對于任何一個(gè)復雜的軟件系統,上述2個(gè)視圖對系統功能性需求進(jìn)行建模已經(jīng)足夠.這為基于用例視圖和順序視圖構造操作剖面提供了重要依據.
1.2 操作剖面傳統構造方法
操作剖面的基于非面向對象技術(shù)的構造理論和方法在文獻[1],文獻[7]已經(jīng)有詳細的闡述.Musa詳細描述了操作剖面的特征,代寫(xiě)碩士論文并給出了獲得操作剖面的方法.操作剖面是通過(guò)自頂向下不斷細化軟件輸入空間并確定概率的方法獲得的,如圖1所示.由于篇幅所限,在此不作詳細解釋.但需要指出的是,在Musa的操作剖面構造方法中,操作剖面是在軟件實(shí)現和軟件測試階段建立的,而其它剖面是在需求分析階段之前建立的.隨著(zhù)面向對象技術(shù)等先進(jìn)軟件工程方法的日益成熟,一方面,面向對象和快速原型法等新興開(kāi)發(fā)技術(shù)的應用使得操作剖面的構造時(shí)機有了提前的可能;另一方面,在面向對象開(kāi)發(fā)模式下,客戶(hù)要求根據用例模型安排人員現場(chǎng)模擬系統運行時(shí),系統操作剖面的構造時(shí)機的提前便成了必要的需求.
2基于UML的操作剖面構造
本節中使用PBX(Private Branch eXchange)電話(huà)交換系統進(jìn)行操作剖面構造方法的介紹.該系統是由AT&T公司開(kāi)發(fā)的國際Definity項目.AT&T公司在此項工程的開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用了操作剖面和其他提高質(zhì)量方法,大大提高了系統的可靠性和軟件質(zhì)量.PBX系統是一個(gè)命令驅動(dòng)系統.圖2是系統示意圖,其中,PBX交換機由UNIX工作站進(jìn)行控制,同時(shí)與提供給用戶(hù)使用的數臺電話(huà)相連.該系統按運行模式分為單位使用、個(gè)人使用、服務(wù)人員使用、系統管理和系統維護5類(lèi).為簡(jiǎn)化操作剖面的構建過(guò)程,本文僅以系統管理模式為例進(jìn)行操作剖面的構造。構造操作剖面是一種逐步細化軟件運行條件和使用范圍的過(guò)程.本文將基于UML用例圖和順序圖操作剖面構造的整個(gè)過(guò)程分為3個(gè)主要階段,即建立用例剖面、確定場(chǎng)景剖面和構造操作剖面.
21 構造用例剖面
UML用例圖捕獲系統用戶(hù)需求及其描述的完整性給系統功能的細化提供了便利.下面首先給出用例剖面的定義,然后列出進(jìn)行用例剖面構造的步驟.從軟件需求規格說(shuō)明到用例剖面的構造需要完成的步驟:①細化系統功能,生成用例模型,即根據軟件需求規格說(shuō)明建立UML用例視圖;②識別對用例產(chǎn)生影響的主要環(huán)境變量,并估測其出現概率;③分析用例和環(huán)境變量關(guān)系,并估計在環(huán)境變量影響下用例出現的概率.例如,在PBX交換系統中,系統管理工作方式主要包括移動(dòng)電話(huà)或修改所提供服務(wù)、增加電話(huà)、代寫(xiě)碩士論文摘除電話(huà)和更新電話(huà)簿4個(gè)功能,對這些功能產(chǎn)生主要影響的是電話(huà)類(lèi)型,在此只考慮模擬電話(huà)和數字電話(huà).根據上述步驟,在UML用例視圖的基礎上進(jìn)行擴充得到如圖4所示的PBX系統中系統管理用例剖面視圖.在表示參與者與其參與執行的用例之間的通信路徑的關(guān)聯(lián)上標注用例發(fā)生概率,如在管理用戶(hù)和增加用例之間的關(guān)聯(lián)上標注8%,表示此用例發(fā)生概率為8%;用注釋標注對每個(gè)用例產(chǎn)生主要影響的環(huán)境變量及其發(fā)生概率,如對移動(dòng)電話(huà)或修改所提供服務(wù)、增加電話(huà)、摘除電話(huà)用例都產(chǎn)生影響的環(huán)境變量用注釋標注A(80%),B(20%),表示對上述3個(gè)用例有影響的主要環(huán)境為A,B,它們在各個(gè)用例下發(fā)生的概率均為80%與20%.
22 構造場(chǎng)景剖面
場(chǎng)景,作為系統執行特定情況的描述,是用例實(shí)例化的結果.根據UML用例圖定義可知,用例的定義包含用例所必需的所有行為,包括所有正常行為、異常情況及其預期反應[6].因此,場(chǎng)景有必要對用例的'所有情況進(jìn)行描述.下面給出了場(chǎng)景剖面的定義及其
構造方法.定義場(chǎng)景剖面:場(chǎng)景剖面是指軟件系統由用例定義的場(chǎng)景及其發(fā)生的概率組成的集合.同樣可以給出集合的定義方式,在此省略.需要指出的是,此處場(chǎng)景發(fā)生的概率是在用例事件發(fā)生前提下的概率,是條件概率.場(chǎng)景剖面的構造在操作剖面的構造過(guò)程中起到了承上啟下的作用,它完成了操作剖面構造方法中的①用順序圖對用例場(chǎng)景進(jìn)行描述;②估計場(chǎng)景出現概率2個(gè)步驟.PBX系統中添加用戶(hù)用例根據添加用戶(hù)類(lèi)型不同可以劃分為3個(gè)場(chǎng)景:添加一般人員用戶(hù)、添加秘書(shū)用戶(hù)和添加經(jīng)理用戶(hù),按照PBX命令形式分別表示為: http://www.51lunwen.org/master_degree.html add-s staff,add-s secre-tary和add-s manager.根據上述步驟,可以得到如圖5所示的PBX系統中增加電話(huà)用例的場(chǎng)景剖面視圖.在視圖中,用注釋描述用例的每一場(chǎng)景發(fā)生的概率,如在增加電話(huà)用例中添加一般人員用戶(hù)場(chǎng)景發(fā)生的概率為70%,它表明在增加電話(huà)用例事件發(fā)生的前提下添加一般用戶(hù)電話(huà)的場(chǎng)景發(fā)生的概率是70%.
2.3 構造操作剖面
場(chǎng)景是用例實(shí)例化的描述,因此,場(chǎng)景剖面所描述的仍然是面向用戶(hù)的細化功能,而不是實(shí)際實(shí)現的操作,需要進(jìn)一步細化.同時(shí),操作剖面的構造有時(shí)還需要考慮系統的負載率[5](本文不作介紹).下面給出由場(chǎng)景剖面構造操作剖面的一般步驟:①識別場(chǎng)景剖面中的所有操作可能,建立操作和場(chǎng)景之間的聯(lián)系;②識別操作輸入變量和輸入狀態(tài)的作用;③根據用例剖面、場(chǎng)景剖面、環(huán)境變量情況等因素估算操作出現概率.上例中,每一場(chǎng)景用PBX系統的一條命令表示,不能再分,認為每一場(chǎng)景均包含一個(gè)操作.在考慮操作輸入變量時(shí),認為地址(location)對操作性質(zhì)沒(méi)有影響,因此,在本文中不予考慮,當然如果認為某一地區發(fā)生此類(lèi)操作較多的話(huà),則另當別論.最后,可以根據條件概率公式,估算得到任一操作發(fā)生的概率,如管理人員執行add-s staff命令(針對模擬電話(huà)用戶(hù))的操作概率為2%×8%×80%×70%=0.000896。
建立了操作剖面,就可以此為依據安排軟件可靠性測試工作的進(jìn)行,大大提高軟件可靠性.由于篇幅所限,此例中提及的PBX系統操作剖面的Musa構造過(guò)程在此不作詳細介紹.讀者如有興趣,可參見(jiàn)文獻[5]和文獻[7].可以看出,基于UML用例圖和順序圖的操作剖面構造方法將操作剖面的構造過(guò)程融入了軟件系統建模過(guò)程中,大大減少了構造步驟,避免了傳統構造方法繁瑣的過(guò)程,降低了軟件開(kāi)發(fā)的費用.
3有效性分析
首先,分析用例剖面的構造.通過(guò)用例剖面的定義可以看出,一方面,用例剖面通過(guò)UML用例視圖定義的用例描述了系統的功能性需求,傳統構造方法所強調的客戶(hù)、用戶(hù)和系統模型等信息已經(jīng)在建立用例模型時(shí)用UML用例視圖進(jìn)行了描述;另一方面,它又通過(guò)定義這些用例發(fā)生的概率確定了系統的定量使用情況,滿(mǎn)足剖面的完備性.從此意義上講,用例剖面與傳統意義上的功能剖面是等價(jià)的.其次,從用例剖面到場(chǎng)景剖面的構造,以及從場(chǎng)景剖面到操作剖面的構造過(guò)程完成了操作剖面構造傳統方法中的①細化功能;②識別出所有可能的運行;③建立運行與功能之間的聯(lián)系;④識別運行的輸入變量和輸入狀態(tài);⑤)計算每個(gè)運行子類(lèi)的出現概率等步驟,最終生成系統完整的操作剖面.可以看出,傳統構造方法中所考慮到的問(wèn)題在基于UML用例圖和順序圖的操作剖面構造方法中均有所考慮,因此,認為本文提出的操作剖面構造方法是有效的.表2列出了2種方法中相關(guān)關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)的對比.
4結束語(yǔ)
基于用例圖和順序圖的操作剖面的構造,可大大簡(jiǎn)化操作剖面的傳統構造過(guò)程,避免由軟件系統需求規格說(shuō)明到功能剖面的繁瑣構造過(guò)程.同時(shí),由于用例圖和順序圖對系統功能性需求描述能力的完備性,也決定了這種操作剖面構造的方法與傳統方法的等價(jià)性.
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