一种基于流程编排的服务组合路径推导方法

摘要

本发明一种基于流程编排的服务组合路径推导方法，属于软件测试技术领域，具体包括：首先、提取某段BPEL源文档中的元素并分别进行编号；同时将该BPEL源文档划分为正常处理程序和异常处理程序；然后分别提取出BPEL路径信息形成中间XML文档；并去除冗余元素，得到描述路径的XML文档，读取边以及节点，建立服务组合路径的邻接矩阵以及并行节点集合；最后、结合深度优先搜索算法，得到所有的服务组合路径，在路径执行条件下输出；优点在于：能够自动化解析BPEL源文档，得到服务组合执行顺序，简化了测试人员的BPEL解析工作；完备的寻找到所有的服务组合路径，辅助测试过程，使得测试结果更加全面。

说明书

技术领域

本发明属于软件测试技术领域，具体是一种基于流程编排的服务组合路径推导方法。

背景技术

相对于传统面向过程或功能的软件结构，面向服务的体系结构(Service-Oriented Architecture，SOA)能更好的适应当下信息化和网络服务的不断发展，在各种企业和IT系统得到广泛应用。SOA中，不同的功能单元通过接口连接完成一个完整的程序功能，这些单元被称为服务。接口的定义是中立的，即SOA的各个服务之间是松耦合的，使SOA具有极高的灵活性和适应性，其中的服务具有良好的可替换性和可复用性；但松耦合的特性同时也对SOA系统的测试带来了一些困难，主要体现在以下三个方面：

第一，使用者无法知晓服务内部的运行原理，只有服务的提供者才能对系统进行完整的测试。第二，SOA服务具有动态绑定的特性，会使系统参数在测试运行时发生改变，使得已测得的数据失效。第三，SOA通过对各个服务进行编排来实现完整的业务功能，即使各项服务都能够单独通过测试，将它们整合起来后，测试业务流程时仍可能出现问题。同时，在一个较为复杂的SOA系统中，也可能在测试中错过了某些能够完成功能的服务组合，测试结果可能是不全面的。

当前针对SOA系统的测试技术研究有三个不同的阶段：第一阶段为：关注企业内部的测试，主要测试单个服务的功能，检测其功能实现能力和对接口、消息的交换能力；

第二阶段为关注面向服务的系统特性，测试主要针对服务的发布、查找和绑定的三种行为，以及服务之间不能及时互相传递信息的问题。

第三阶段为关注服务的动态特性和服务组合总体的测试，一般从SOA系统整体上看待问题，关注各个服务组合的集成测试。

综合国内外对SOA系统的研究与应用来看，关于SOA测试的研究，其内容一般分为以下三类：针对服务协议和状态进行的简单测试，用自动化生成测试用例对SOA系统整体进行测试以及对SOA系统自动检测工具的相关研究。

从相关的文献资料可以看出，目前SOA测试的研究大多只针对系统中的单个服务或者服务之间的关系，对真正能够实现功能的含有多个服务的业务流程的测试较少。自动化检测工具和整体测试中，多用确定的规则自动化生成生成测试用例，而很少使用真实数据进行测试。

对于服务组合集成测试需要解析BPEL源文档，得到服务组合执行顺序。Web服务的业务流程执行语言BPEL4WS(Business Process Execution Language For Web Services)，是为了整合Web服务而制定的一项规范标准。

许多BPEL编辑工具提供从业务流程图转化到BPEL语言的映射，以实现BPEL的图形化设计和分析。现在大约有二十几种能够进行BPEL编辑的工具和相应的平台，其中许多还可以进行可视化的图形操作。但这些工具中的图形或其他符号都是为了转换成BPEL代码而使用的，需要对BPEL的书写规范和代码结构十分熟悉才能高效的利用这些编辑工具。从业务流程模型或业务流程建模与标注标准(Business Process Modeling Notation，BPMN)到BPEL程序的转换算法广泛的被提出和应用，使人们能够更好地利用BPEL语言来设计规划业务流程。但对业务流程的测试还没有得到足够的重视，所需要的从BPEL语言程序到控制流程图形的逆向转换算法并不完备。

发明内容

本发明为了解决BPEL语言程序到控制流程图的转换问题，从测试角度出发，基于BPEL源程序自动化生成测试服务组合路径的技术还不成熟，提出了一种基于流程编排的服务组合路径推导方法；

具体步骤如下：

步骤一、针对某段BPEL源文档，提取BPEL源文档中的元素并分别进行编号；

BPEL源文档中的元素分为基本活动元素以及结构化活动元素，首先将对基本活动元素按序进行编号，然后，继续顺次对结构化活动元素按序进行编号；并记录基本活动元素的最后一个编号作为分界编号。

步骤二、按BPEL语法标准将该BPEL源文档划分为正常处理程序和异常处理程序；

步骤三、分别对正常处理程序和异常处理程序提取出BPEL路径信息；

具体步骤为：

步骤301、首选针对某段程序，判断是否为正常程序，如果是，删除scope元素；否则，保留scope元素；

步骤302、从外层到内层逐层遍历该段程序中的每层元素；

步骤303、针对某层作为当前层，判断该层遍历到的当前元素是否为基本活动元素，如果是，进入步骤304，否则，进入步骤307；

步骤304、判断当前层下一个元素是否为基本活动元素；如果是，将两个基本活动元素的编号相连，形成一条边；否则，进入步骤305；

步骤305、判断当前层下一个元素是否为结构化活动元素，如果是，将当前基本活动元素与结构化活动元素的编号相连形成一条边，进入步骤307；否则，进入步骤306；

步骤306、判断当前层下一个元素是否为throw，如果是，当前层的throw元素与该throw元素寻找的到异常程序中的第一个节点相连，并返回步骤303；否则，当前层下一个元素不存在，结束。

第一个节点是指异常程序中的结构化活动元素catchAll或catch；throw元素按BPEL语法标准寻找异常程序。

步骤307、判断结构化活动元素的内层元素是否为基本活动元素，如果是，该结构化活动元素与内层基本活动元素的编号相连形成边；否则，与内层结构化活动元素的编号相连形成边；

步骤四、将所有层提取的BPEL路径信息形成中间XML文档；

BPEL路径信息包括节点和边；其中节点是指每个基本活动元素的编号；边包括连边和边属性两部分；

BPEL路径形式为：from＝"编号"to＝"编号"condition＝"null/valid"flow＝"true/false"；

步骤五、对中间XML文档，去除冗余元素，得到描述路径的XML文档；

具体去除方法为：针对两条BPEL不同的路径：当第一条路径中的to属性与第二条路径中的from属性中采用的编号值相同，且该编号大于分界编号时，删除该编号，将两条路径合并为一条路径；当两条路径的condition属性中至少有一个为valid，则合并condition属性为valid；当两条路径的flow属性至少有一个为true，则合并flow属性为true。

步骤六、利用XML解析工具读取描述路径的XML文档中的边以及节点；

步骤七、利用边和节点建立服务组合路径的邻接矩阵以及并行节点集合；

邻接矩阵为边和点的连接有向图；

并行节点集合为一维向量，用来存储邻接矩阵中具有并行分支路径的开始节点；每个开始节点向下一个节点相连边的flow属性均为true；并行节点用于记录并行路径信息。

步骤八、结合深度优先搜索算法，得到所有的服务组合路径；

首先、从邻接矩阵中提取所有路径并存储到总路径集合中；

所有路径包括无并行执行的路径和并行执行路径，其中并行执行路径的开始节点存放在并行节点集合中；

然后、从总路径集合中，将无并行执行路径一一提取并存储到临时存储空间；针对并行节点集合中的每个开始节点，将该开始节点下同时执行的至少两条路径分别提取，作为一组并行路径，放到临时存储空间。

具体提取过程为：针对并行节点集合中的每个开始节点，该开始节点下的所有同时执行的并行子节点，对每一个并行子节点对应的分支路径一一提取，并将同一个并行子节点下的所有分支路径存储在一个块结构中，从每个块结构中各选取一条分支路径组合在一起，形成一组并行路径，每个块结构中的所有分支路径都要被选取到。

不同的块结构中选取的分支路径为同时执行的路径。

最后、无并行执行路径和各组并行路径共同组成了所有的服务组合路径；

步骤九、将所有的服务组合路径，在路径执行条件下输出；

路径执行条件是指每条边上condition属性中的valid条件。

本发明的优点在于：

1)、一种基于流程编排的服务组合路径推导方法，能够自动化解析BPEL源文档，得到服务组合执行顺序，简化了测试人员的BPEL解析工作。

2)、一种基于流程编排的服务组合路径推导方法，能够完备的寻找到所有的服务组合路径，辅助测试过程，使得测试结果更加全面。

3)、一种基于流程编排的服务组合路径推导方法，能够辅助完成针对SOA软件系统的服务组合集成测试。

附图说明

图1是本发明一种基于流程编排的服务组合路径推导方法的流程图；

图2是对正常处理程序和异常处理程序提取出BPEL路径信息的流程图；

图3是本发明基于流程编排的服务组合路径推导具体实例示意图；

图4是结合深度优先搜索算法得到所有的服务组合路径的示意图；

图5是本发明第一个块结构的示意图；

图6是本发明第二个块结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种基于流程编排的服务组合路径推导方法，在SOA软件中，通过读取BPEL源文档，解析业务流程编排语言，提取BPEL路径信息，生成中间XML文档，通过去除冗余，生成描述路径的XML文档；然后利用改进的深度优先搜索算法，实现对控制流程图的搜索，为SOA软件架构系统推导出服务组合路径用于系统测试，验证系统测试人员是否完整的测试了所有的服务组合路径，还可以指导测试用例的生成。

如图1所示，具体步骤如下：

步骤一：针对某段BPEL源文档，提取BPEL源文档中的XML元素并分别进行编号；

元素编号用来唯一确定特定的BPEL元素；BPEL源文档中的元素分为基本活动元素以及结构化活动元素，先对基本活动元素进行编号，紧接着对结构化活动元素进行编号，并记录两次编号的分界编号，用于在后期去冗余合并边处理中判断是否为需要合并的边，在此将最后一个基本活动元素的编号作为分界编号。

步骤二、按BPEL语法标准将该BPEL源文档划分为正常处理程序和异常处理程序；

正常处理程序与异常处理程序与BPEL语法规范介绍的故障处理代码概念一致，异常处理代码由标签名faulthandler引导。

本发明将BPEL的解析划分为两部分，第一部分为正常的处理程序，第二部分为异常的处理程序。正常处理程序主要包括基本活动元素与结构化活动元素组成的活动，异常处理程序为故障处理。

步骤三、分别对正常处理程序和异常处理程序提取出BPEL路径信息；

如图2所示，具体步骤为：

步骤301、首选针对某段程序，判断是否为正常程序，如果是，删除scope元素；否则，保留scope元素；

步骤302、从外层到内层逐层遍历该段程序中的每层编号后的元素；

步骤303、针对某层作为当前层，判断该层遍历到的当前元素是否为基本活动元素，如果是，进入步骤304，否则，进入步骤307；

步骤304、判断当前层下一个元素是否为基本活动元素；如果是，将两个基本活动元素的编号相连，形成一条边；否则，进入步骤305；

步骤305、判断当前层下一个元素是否为结构化活动元素，如果是，将当前基本活动元素与结构化活动元素的编号相连形成一条边，进入步骤307；否则，进入步骤306；

步骤306、判断当前层下一个元素是否为throw，如果是，当前层的throw元素与该throw元素寻找的到异常程序中的第一个节点相连，并返回步骤303；否则，当前层下一个元素不存在，结束。

第一个节点是指异常程序中的结构化活动元素catchAll或catch；throw元素按BPEL语法标准寻找异常程序。

步骤307、判断结构化活动元素的内层元素是否为基本活动元素，如果是，该结构化活动元素与内层基本活动元素的编号相连形成边；否则，与内层结构化活动元素的编号相连形成边；

步骤四、将所有层提取的BPEL路径信息形成中间XML文档；

BPEL路径信息包括节点和边；其中节点是指每个基本活动元素的编号；边包括连边和边属性两部分；连边形式为：from＝……to＝……；边属性形式为：condition＝……，flow＝……；

BPEL路径形式为：from＝"编号"to＝"编号"condition＝"null/valid"flow＝"true/false"；

对于边的解释例如下面的例子：

<arc from＝"6"to＝"pick54start"condition＝"null"flow＝"false"/>

arc元素为处理过程中定义的边元素，from＝"6"to＝"pick54start"表示连边方向为服务节点6到编号为54的pick活动的开始元素标签，condition＝"null"表示连边上没有条件，flow＝"false"表示连边不为并行节点分支。

步骤五、对中间XML文档，去除冗余元素，得到描述路径的XML文档；

具体去除方法为：针对两条BPEL不同的路径：当第一条路径中的to属性与第二条路径中的from属性中采用的编号值相同，且该编号大于分界编号，删除该编号，将两条路径合并为一条路径；当两条路径的condition属性中至少有一个为valid，则合并condition属性为valid；当两条路径的flow属性至少有一个为true，则合并flow属性为true。

示例：<arc from＝"-2"to＝"sequence94start"condition＝"null"flow＝"true"/>

<arc from＝"sequence94start"to＝"3"condition＝"my_condition"flow＝"false"/>

针对该示例，XML文档中的两条arc中同时出现相同字符串"sequence94start"，并且前一个arc中的该字符串位于to属性，后一个arc中的该字符串位于from属性，且该属性的编号大于分界编号，说明该属性可删除，将这两条arc中的相同字符串删除，并合并为一条arc边；得到：<arc from＝"-2"to＝"3"/>；

同时，判断这两条边的condition有一个不为null，将合并的condition置位为"my_condition"，同理这两条边只要有一个flow＝"true"则合并的flow置位为"true"。得到：<arc from＝"-2"to＝"3"condition＝"my_condition"flow＝"true"/>；

步骤六、利用XML解析工具读取描述路径的XML文档中的边以及节点。

利用DOM4J处理XML格式文件(描述路径的XML文档)，BPEL的各个元素在同级时是平级没有特定顺序的，实现时：从BPEL中提取元素放入队列中，利用队列提供的顺序及其简便的存取操作可以完成相应的规则处理。遍历各个节点与边元素的属性，并利用哈希表存储节点与边的信息。

如图3所示，每个节点编号代表一个服务，每一个节点间连边的编号代表服务路径的触发事件或者条件。节点通过有向边相连，表示服务执行的顺序，例如：其中一个服务执行顺序为-2、4、6、8、5、0。-2特指所有服务路径的开始节点，4、6、8、5、0以节点顺序的方式表示了服务执行顺序。节点6和节点8之间有一个执行触发事件：7，即编号为7的这个服务事件如果发生，系统执行完编号为6的服务后会继续执行编号为8的服务。

步骤七、根据边和节点建立服务组合路径的邻接矩阵以及并行节点集合。

邻接矩阵为边和点的有向图；本示例中定义节点编号-2的节点为服务路径的开始节点。

邻接矩阵需要存储边的condition属性，所以定义邻接矩阵为String类型，若边元素的condition属性不为空，在邻接矩阵相应的位置填入condition的信息。

与传统的邻接矩阵的区别在于：1)类型不同，传统的邻接矩阵一般为布尔类型，而该邻接矩阵为String类型；2)存储内容不同，传统的邻接矩阵为非0即1的存储形式，而该邻接矩阵有三种内容：若两节点间不存在连边，邻接矩阵对应位置为空；若两节点间有连边无条件，则邻接矩阵对应位置为1；若两节点间有连边并且两节点间服务顺序执行有条件，则邻接矩阵对应位置为对应的条件。

示例如下：

针对该示例，得到的邻接矩阵如下：

对邻接矩阵处理时有两种处理方式，分别为：1)读取邻接矩阵元素，若为空，则说明节点间无连边，若不为空则说明节点间有连边；2)服务组合路径输出时若读取到非空且不为1的字符串，则说明边上有条件，输出时需要将其加入。

其中矩阵外数字表示服务节点，矩阵内元素1表示无条件的连边，例如，服务节点4和服务节点6对应矩阵元素为1，表示服务节点4与服务节点6相连；矩阵内元素7、9、11、13表示连边的条件，例如，服务节点6与服务节点8对应矩阵元素7，表示服务节点6执行完后，以服务7为触发条件，才能执行服务节点8。

并行节点集合为一维向量，用来存储邻接矩阵中具有并行分支路径的开始节点；每个开始节点向下一个节点相连边的flow属性均为true；并行节点用于记录并行路径信息。该示例并行节点集合为{4}。

步骤八、结合改进的深度优先搜索算法，得到所有的服务组合路径；

如图4所示，将BPEL控制流程图的邻接矩阵(包含条件condition的信息)生成多条路径，分别存储到默认无并行的路径存储空间，并将无并行路径写入所有服务组合路径临时存储空间；同时，从flow属性为true的边对应的并行开始节点集合生成块结构，每个块结构包括多个特定flow节点下的非并行分支路径，将所有的块结构组合生成的并行路径，写入所有服务组合路径临时存储空间，读取路径执行条件输出所有服务组合路径临时存储空间的路径；

BPEL标准中存在并行结构—flow，同一时间会出现多条服务路径同时执行，本发明将同时执行的多条路径作为一条路径，这样符合SOA路径搜索的实际意义需求。

具体步骤如下：

步骤801、从邻接矩阵中提取所有路径并存储到总路径集合中；

通过改进的算法可以解决路径合并到同一节点时，传统深度优先搜索算法无法遍历路径的问题，具体如下：

首先，搜索当前路径，判断当前节点是否被遍历，若未被遍历则将该节点加入路径，否则，继续判断当前路径存储空间中的路径子集是否存在，如果与搜索到的当前路径(包括当前节点)完全重合，则该节点不能加入路径，否则将该节点加入路径。

该示例得到的所有路径如下所示：

<-2><4><6><15>；<-2><4><10><15>；<-2><4><6><5><0>；<-2><4><10><5><0>；

<-2><4><6><8><5><0>；<-2><4><10><12><5><0>；<-2><-1><2>；

<n>表示编号为n的服务节点。

所有路径包括无并行执行的路径和并行执行路径，其中并行执行路径的开始节点存放在并行节点集合中；

步骤802、从总路径集合中，将无并行执行路径一一提取并存储到临时存储空间；

无并行执行路径为：<-2><-1><2>。

步骤803、针对并行节点集合中的每个开始节点，将该开始节点下同时执行的至少两条路径分别提取，作为一组并行路径，放到临时存储空间。

具体提取过程为：针对并行节点集合中的每个开始节点，该开始节点下的所有同时执行的并行子节点，对每一个并行子节点对应的分支路径一一提取，并将同一个并行子节点下的所有分支路径存储在一个块结构中，从每个块结构中各选取一条分支路径组合在一起，形成一组并行路径，每个块结构中的所有分支路径都要被选取到。

不同的块结构中选取的分支路径为同时执行的路径。

该示例中并行节点集合为{4}，并行子节点为{6，10}；得到的块结构为2个；

如图5所示，块1包括：<-2><4><6><15>；<-2><4><6><5><0>；<-2><4><6><8><5><0>；

如图6所示，块2包括：<-2><4><10><15>；<-2><4><10><5><0>；<-2><4><10><12><5><0>；

步骤804、无并行执行路径和各组并行路径共同组成了所有的服务组合路径；

块1中的路径集合x1与块2中的路径集合x2分别有三条路径，两组集合的路径两两组合可生成9条并行路径。同时把无并行执行路径为：<-2><-1><2>加入到总的服务组合路径中，总共得到10条路径。

如下所示：

path1:<-2><4><6><15>；<-2><4><10><15>

path2:<-2><4><6><5><0>；<-2><4><10><5><0>

path3:<-2><4><6><8><5><0>；<-2><4><10><5><0>

path4:<-2><4><6><15>；<-2><4><10><5><0>

path5:<-2><4><6><5><0>；<-2><4><10><12><5><0>

path6:<-2><4><6><8><5><0>；<-2><4><10><12><5><0>

path7:<-2><4><6><15>；<-2><4><10><12><5><0>

path8:<-2><4><6><5><0>；<-2><4><10><15>

path9:<-2><4><6><8><5><0>；<-2><4><10><15>

Path10:<-2><-1><2>

步骤九、将所有的服务组合路径，在路径执行条件下输出；

将所有无并行路径和所有并行路径，结合邻接矩阵中的condition信息，一并作为服务组合路径输出；路径执行条件是指每条边上condition属性中的valid条件。

读取所有服务组合路径临时存储空间以及带有condition条件属性的邻接矩阵，如果两节点间有condition属性，则在路径输出时的两节点间加入condition属性。

最终得到所有服务组合路径为：

path1:<-2><4><6>-9-<15>；<-2><4><10>-13-<15>

path2:<-2><4><6><5><0>；<-2><4><10><5><0>

path3:<-2><4><6>-7-<8><5><0>；<-2><4><10><5><0>

path4:<-2><4><6>-9-<15>；<-2><4><10><5><0>

path5:<-2><4><6><5><0>；<-2><4><10>-11-<12><5><0>

path6:<-2><4><6>-7-<8><5><0>；<-2><4><10>-11-<12><5><0>

path7:<-2><4><6>-9-<15>；<-2><4><10>-11-<12><5><0>

path8:<-2><4><6><5><0>；<-2><4><10>-13-<15>

path9:<-2><4><6>-7-<8><5><0>；<-2><4><10>-13-<15>

path10:<-2><-1>-1-<2>；

其中-a-表示路径执行条件为a。