基于軟件架構(gòu)的回歸測(cè)試

［摘 要］ 當(dāng)對(duì)可靠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化的時(shí)候，除了通過(guò)構(gòu)建的方式來(lái)改善系統(tǒng)的可靠性（如容錯(cuò)和多余的機(jī)制）外，對(duì)于系統(tǒng)的評(píng)估也同樣重要，并由此來(lái)認(rèn)可系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)有很多不同的方法來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的可靠性，測(cè)試因而成為一種重要的方式。目前關(guān)于軟件結(jié)構(gòu)測(cè)試的工作表明，應(yīng)用一致性測(cè)試技術(shù)產(chǎn)生可信度是可能的，這種可信度是在軟件架構(gòu)中可期望的行為，指定了架構(gòu)描述語(yǔ)言。這項(xiàng)工作中，探討了為了減少重復(fù)測(cè)試而修改系統(tǒng)的費(fèi)用，回歸測(cè)試可以怎樣被系統(tǒng)化地應(yīng)用在軟件架構(gòu)層面上，評(píng)估了進(jìn)化的系統(tǒng)的回歸測(cè)試性。考慮了評(píng)估“自頂向下”和“自底向上”等進(jìn)化方法，是否通過(guò)簡(jiǎn)單修改就能夠符合初始的架構(gòu)，這樣的修改是否能夠符合進(jìn)化的架構(gòu)。將回歸測(cè)試應(yīng)用在軟件架構(gòu)層面上將有助于評(píng)估和認(rèn)定其是否具有更高的可信度。

［關(guān)鍵詞］ 軟件架構(gòu)（SA）； 可靠性系統(tǒng)； 回歸測(cè)試； 分析

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 13. 031

［中圖分類(lèi)號(hào)］ TP311.5 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1673 - 0194（2012）13- 0055- 02

１ 回歸測(cè)試背景

首先由于軟件總在時(shí)刻變化著，軟件的不斷演化，例如軟件的開(kāi)發(fā)、維護(hù)、升級(jí)都需要修改一些軟件的結(jié)構(gòu)和代碼，而人類(lèi)對(duì)軟件的要求也從未停止過(guò)。軟件的每次改變都會(huì)引入潛在的風(fēng)險(xiǎn)，這是軟件演化的缺陷。其次，人類(lèi)對(duì)軟件變化有了一些新的要求，關(guān)心軟件修改后的功能是否達(dá)到預(yù)期以及原有的功能是否被損害［１－３］。

針對(duì)以上要求，選擇使用回歸測(cè)試來(lái)解決。回歸測(cè)試是一種驗(yàn)證已變更系統(tǒng)的完整性與正確性的測(cè)試技術(shù)。

２ 回歸測(cè)試的定義及意義

回歸測(cè)試是對(duì)之前已測(cè)試過(guò)、經(jīng)過(guò)修改的程序進(jìn)行重新測(cè)試，以保證該修改沒(méi)有引入新的錯(cuò)誤或者由于更改而發(fā)現(xiàn)之前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。

回歸測(cè)試的意義是：（１） 保證軟件維護(hù)時(shí)未更改的代碼功能不會(huì)受到影響。（２） 保證軟件模塊區(qū)域和持續(xù)維護(hù)過(guò)程與回歸測(cè)試的協(xié)作關(guān)系，使得回歸測(cè)試成為一個(gè)每月、每周、每日的常規(guī)活動(dòng)。（３） 實(shí)現(xiàn)軟件整個(gè)生命周期的測(cè)試。

３ 回歸測(cè)試

首先簡(jiǎn)單介紹傳統(tǒng)的基于代碼的回歸測(cè)試選擇方法的作用，以便了解軟件架構(gòu)回歸測(cè)試選擇方法的基礎(chǔ)。關(guān)注于選擇性的回歸測(cè)試方法，然后再重新采用相同的邏輯步驟來(lái)提出一種基于軟件架構(gòu)的回歸測(cè)試方法（在第四部分提出）。

回歸測(cè)試的目的在于驗(yàn)證修改的軟件并確定不會(huì)在先前測(cè)試的代碼中出現(xiàn)新的錯(cuò)誤。傳統(tǒng)的方法是把它分解為兩個(gè)階段。（１） 測(cè)試軟件Ｐ相對(duì)于一種指定的測(cè)試集Ｔ。（２） 當(dāng)推行了一種新版本Ｐ′時(shí)，對(duì)已修改的版本Ｐ′的回歸測(cè)試提出Ｐ′相對(duì)于測(cè)試組Ｔ′是正確的可靠性。

在最簡(jiǎn)單的回歸測(cè)試方法中，有一種叫做復(fù)制所有的測(cè)試。Ｔ′中包含Ｔ中的所有在Ｔ中的測(cè)試用例，并且Ｐ′ 運(yùn)行在Ｔ′上。在回歸測(cè)試選擇方法上，Ｔ′被選出作為一種跟Ｔ相關(guān)的子集，假設(shè)有ｔ∈Ｔ，ｔ包含于Ｔ′，如果它有可能在Ｐ′中生成的結(jié)果與在Ｐ中不同。對(duì)不同回歸測(cè)試選擇方法的實(shí)證研究和分析在文獻(xiàn)［４］中提出，加上對(duì)不同行為的識(shí)別需求。

本文著重研究如何為Ｐ′選擇一種相關(guān)的測(cè)試用例子集，又叫做回歸測(cè)試選擇問(wèn)題，描述一種回歸測(cè)試選擇方法，它是在軟件架構(gòu)層面上而不是在代碼層面上。換句話說(shuō)，用選擇架構(gòu)化的層面測(cè)試用例代替選擇代碼層面的測(cè)試用例。

４ 基于軟件架構(gòu)的回歸測(cè)試

基于軟件架構(gòu)的回歸測(cè)試包含以下兩個(gè)階段：（１） 基于軟件架構(gòu)的測(cè)試。特別地，應(yīng)用一種基于軟件架構(gòu)的一致性測(cè)試方法。（２） 基于軟件架構(gòu)的回歸測(cè)試選擇。這個(gè)階段被分解以滿足目的１和目的２。

圖１總結(jié)了基于軟件架構(gòu)一致性和回歸測(cè)試所需要的行為。本文主要研究基于軟件架構(gòu)的回歸測(cè)試。

４．１ 基于軟件架構(gòu)的一致性測(cè)試

這項(xiàng)工作是基于軟件架構(gòu)一致性測(cè)試的一般框架的，目的是測(cè)試已給出的軟件架構(gòu)實(shí)施的一致性。

這個(gè)框架分為5個(gè)步驟，如圖１中間的部分所示。

第０步：它開(kāi)始于軟件架構(gòu)規(guī)范的拓?fù)鋵W(xué)和行為學(xué)，這里的行為通過(guò)一種基于機(jī)器的形式體系狀態(tài)來(lái)模仿。下面，利用標(biāo)簽的過(guò)渡（ＬＴＳ）來(lái)模仿組件的行為。

第１步：提出了一個(gè)通過(guò)觀測(cè)得到的方法為了實(shí)現(xiàn)一種測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，這種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)源于與測(cè)試目的相關(guān)視角在軟件架構(gòu)中，而是把無(wú)關(guān)的行為從這個(gè)視角中隱藏起來(lái)。標(biāo)簽的過(guò)渡（ＬＴＳ）模型被提取出來(lái)，就產(chǎn)生了一種抽象標(biāo)簽的過(guò)渡（ＡＬＴＳ），用來(lái)說(shuō)明只有這樣高層的行為／組件是需要測(cè)試的。

第２步：一種基于架構(gòu)層面的測(cè)試用例（ＡＴＣ）以架構(gòu)事件的有序序列被定義了，這種事件是當(dāng)一個(gè)確定的初始事件執(zhí)行的時(shí)候期望發(fā)生的架構(gòu)事件。此定義分解為兩個(gè)關(guān)鍵詞：行為序列，它代表了所期望的行為和初始事件，它是允許發(fā)生的結(jié)構(gòu)化輸入。獲得一個(gè)ＡＴＣｓ充分集合需要得到一個(gè)合適的包含了ＡＬＴＳ完整路徑的集合［５］。

第３步：自然地，這樣的ＡＴＣｓ與可執(zhí)行的代碼層面測(cè)試用例截然不同，因?yàn)樵谲浖軜?gòu)和代碼之間的差距。處理這個(gè)問(wèn)題通過(guò)一種“繪圖”方法，它能夠?qū)④浖用婧瘮?shù)的測(cè)試轉(zhuǎn)化為代碼層面測(cè)試用例。

第４步：最后，代碼運(yùn)行在可識(shí)別的測(cè)試用例上。通過(guò)分析執(zhí)行的蹤跡來(lái)決定系統(tǒng)在所選擇的結(jié)構(gòu)測(cè)試中實(shí)施得是否正確，采用結(jié)構(gòu)化的模型作為一種測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)識(shí)別代碼用例成功或失敗。

這樣的方法已經(jīng)得到公認(rèn)，但是重復(fù)的測(cè)試行為對(duì)于系統(tǒng)的發(fā)展而言無(wú)疑花銷(xiāo)太大了，因此需要以更少花銷(xiāo)開(kāi)發(fā)一種基于軟件架構(gòu)的測(cè)試方法。本文提出一種方法來(lái)處理系統(tǒng)的發(fā)展，重復(fù)使用原始的測(cè)試結(jié)果來(lái)重新測(cè)試已修改的結(jié)構(gòu)并以更少的花銷(xiāo)來(lái)完成。

４．２ 目的１：測(cè)試對(duì)于初始軟件架構(gòu)Ｐ′的一致性

讓假設(shè)基于軟件架構(gòu)一致性的測(cè)試已經(jīng)提出Ｐ符合已給出的軟件架構(gòu)的一致性。當(dāng)Ｐ進(jìn)化到Ｐ′之后，如何來(lái)測(cè)試Ｐ′對(duì)于相同架構(gòu)的一致性。采用的方法是將基于軟件架構(gòu)測(cè)試方法和現(xiàn)存的基于代碼的回歸測(cè)試方法相融合的。通過(guò)一種行為圖表，代碼層面的回歸測(cè)試能夠與基于軟件層面的一致性測(cè)試相融合來(lái)選擇一個(gè)新的測(cè)試套組Ｔ′：

Ａ： 產(chǎn)生圖表Ｐ，大多數(shù)普通的用于代碼回歸測(cè)試的方法是為了通過(guò)圖表來(lái)結(jié)構(gòu)化地表達(dá)Ｐ。在修改之后，Ｐ′也被描述成一張圖表。在軟件架構(gòu)中，圖表也通過(guò)組合成分行為的ＬＴＳ模型來(lái)獲得，同時(shí)在結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)化那些成分組織。

Ｂ：把ＧＰ和ＧＰ′相比較，在基于回歸測(cè)試的傳統(tǒng)代碼中，通過(guò)比較Ｐ和Ｐ′的代碼圖表，識(shí)別代碼的改變?cè)鯓佑绊懙綀D表中。在軟件架構(gòu)中，這種改變根據(jù)在ＬＴＳ中節(jié)點(diǎn)和邊來(lái)識(shí)別。

Ｃ：記錄覆蓋范圍，通過(guò)測(cè)試用例的執(zhí)行測(cè)試歷史記錄被構(gòu)建出來(lái)。通過(guò)測(cè)試用例在Ｐ上執(zhí)行代碼的過(guò)程，記錄一連串的節(jié)點(diǎn)／電弧。

Ｄ：測(cè)試用例選擇Ｐ′。從測(cè)試歷史和圖表比較中積累的信息被應(yīng)用于識(shí)別將要在Ｐ′中再次運(yùn)行的Ｔ中的測(cè)試用例。如果在ｔ∈Ｔ中Ｐ的執(zhí)行包含了在Ｐ′中修改的節(jié)點(diǎn)，那么ｔ需要在Ｐ′中重新運(yùn)行。

一旦Ｔ′被選擇了，ｔ′∈Ｔ′就在Ｐ′中運(yùn)行并把結(jié)果收集起來(lái)，然后和一種數(shù)據(jù)庫(kù)相比較來(lái)確定測(cè)試是失敗還是成功。與基于傳統(tǒng)代碼方法的一種主要的區(qū)別是，在基于軟件架構(gòu)回歸測(cè)試的數(shù)據(jù)庫(kù)是軟件結(jié)構(gòu)自己本身。事實(shí)上，當(dāng)ｔ′在Ｐ′中運(yùn)行的時(shí)候，如果它的執(zhí)行不允許所期望的情況再次出現(xiàn)，那么測(cè)試會(huì)失敗。更多情況，代碼層面的測(cè)試用例總是被形式化的函數(shù)和結(jié)構(gòu)化的需求驅(qū)動(dòng)得很好。

期望從這個(gè)方法中得到的好處有兩層：（１） 作為傳統(tǒng)的回歸測(cè)試，為Ｐ′減少了測(cè)試套組的規(guī)模，剪掉了所有在Ｐ′中不需要被再次應(yīng)用的那些測(cè)試。（２） 當(dāng)發(fā)現(xiàn)了一致性錯(cuò)誤的時(shí)候，能夠搜集關(guān)于如何來(lái)適應(yīng)初始架構(gòu)的信息。

４．３ 目的２：測(cè)試進(jìn)化得到的架構(gòu)的一致性

讓再次假設(shè)基于軟件架構(gòu)一致性測(cè)試已經(jīng)聲明了Ｐ的實(shí)施應(yīng)符合已給出的軟件架構(gòu)。采用的方法是根據(jù)比較兩者的架構(gòu)的規(guī)范來(lái)識(shí)別軟件結(jié)構(gòu)改變／未改變的位置。結(jié)構(gòu)和行為的改變都被考慮在內(nèi)。特別的，對(duì)于Ｓ和Ｓ″的ＬＴＳｓ被比較之后的區(qū)別通過(guò)兩張圖表（利用一種“ｄｉｆｆ”算法）來(lái)識(shí)別。在一次與基于回歸測(cè)試傳統(tǒng)代碼相似的改革中，無(wú)論什么時(shí)候一個(gè)ＡＴＣ在Ｓ″中被修改的ＬＴＳ軟件架構(gòu)中遍歷一次的時(shí)候，它需要在Ｓ″中重新測(cè)試。圖１（最左邊）總結(jié)了目的２如何通過(guò)不同的行為被意識(shí)到。

ａ： 新的軟件架構(gòu)規(guī)則。演變的系統(tǒng)Ｓ″被結(jié)構(gòu)化的規(guī)則提出。

ｂ： 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（之前應(yīng)用在Ｓ中）被用在Ｓ″上。

ｃ： 比較。架構(gòu)的規(guī)則與識(shí)別出的拓?fù)涓淖兿啾容^（也就是增加的／刪除的組件或修改的配置）和行為的改變（也就是經(jīng)過(guò)改變的部件）

ｄ：為Ｓ″選擇結(jié)構(gòu)化的測(cè)試用例。那些來(lái)自于軟件架構(gòu)的被結(jié)構(gòu)的改變影響的ＡＴＣｓ被選擇在Ｐ″上重新測(cè)試，為了Ｓ″的實(shí)施。注意到任何在這步丟棄的ＡＴＣ都可以代表很多被消除的代碼層面的測(cè)試用例，因此很大程度上減少了重復(fù)測(cè)試的花銷(xiāo)。

ｅ： 識(shí)別代碼層面測(cè)試用例。一旦已經(jīng)識(shí)別了需要用在Ｓ″中的回歸測(cè)試ＡＴＣｓ，為了Ｓ″需要把架構(gòu)的測(cè)試用例轉(zhuǎn)化到代碼層面的測(cè)試用例，以便為了Ｐ″選擇Ｔ″。這一步類(lèi)似于在第三步中基于軟件架構(gòu)的測(cè)試。

ｆ： 測(cè)試執(zhí)行。在Ｔ″已經(jīng)被Ｓ″選擇之后，需要在Ｐ″中運(yùn)行Ｔ″然后評(píng)估執(zhí)行基于軟件架構(gòu)回歸測(cè)試的結(jié)果。這一步跟第四步中基于軟件架構(gòu)的測(cè)試很相似。