基于WF State Machine的UML Communication Diagram動態構建及測試

摘 要：在基于UML的業務流程分析與設計過程中，從靜態模型分析到動態模型構建，經過一系列抽象轉換和代碼實現，往往滿足不了業務需求，缺少一種所見即所得的業務過程實現。在探索UML Communication Diagram和WF State Machine業務流程映射關系的基礎上，選取UML用戶指南中典型案例，研究從Communication Diagram到State Machine編程模型之間的靜態映射和動態規則轉換，基于WF可視化地實現了動態構建與測試，解決了從分析、設計到構建的無縫轉換。

關鍵詞：UML；Communication Diagram；WF；State Machine

中圖分類號：TP311.51 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

UML（Unified Modeling Language）作為標準建模語言，適用于面向對象的業務流程分析與設計，但在具體的開發構建中，經過層層迭代[1，2]，存在語義上的不一致和不精確等缺點，不利于進行形式化的分析和驗證。在UML1.x協作圖基礎上改進而來的UML2.0通信圖，強調對象之間結構關系的通信交互，但缺乏對靜態語義和動態語義的可視化編程實現[3-5]。WF（Windows Workflow Foundation）是微軟推出的可視化的工作流編程引擎，基于業務流程邏輯關系和條件，可以無縫的實現UML模型到業務流程工作流轉換。WF提供的State Machine開發模型，由狀態機和狀態對象組成，在狀態變遷的驅動下，可以無縫地實現通信圖對象之間的通信協作[6-8]。因此，探索一種從UML Communication Diagram靜態建模到可視化的動態測試，實現流程建模語義上的一致性和無縫轉換具有實際意義。

本文在探索UML Communication Diagram和WF State Machine業務流程映射關系的基礎上，選取UML用戶指南中典型案例，研究從Communication Diagram到State Machine編程模型之間的靜態映射和動態規則轉換，基于WF可視化地實現了動態構建與測試。

2 映射關系及命名規則（Mapping relationship and naming rule ）

2.1 從Communication Diagram到State Machine的映射關系

UML Communication Diagram和WF State Machine在可視化靜態建模上具有一一的映射關系，同時State Machine在可視化的動態規則構建上又具有無縫的編程實現，從組件元素圖形表示和含義上可以自然對應，從而實現無縫的模型轉換，如表1所示，Communication Diagram中的Object（對象）、Link & message（鏈和消息）、Self Communication（自身通信協作）分別同State Machine中的State（狀態）、Transition（變遷）、Self Transition（自身變遷轉換）相對應。Communication Diagram突出Object之間組織關系的通信和協作，在對象之間通過鏈表示兩個對象之間的存在協作關系，通過帶有順序標號的消息箭頭表示對象之間的通信協作轉換；State Machine中state之間通過Transition的有向箭頭，明確表示兩個狀態之間的變遷轉換關系。由此可以看出，兩種模型從符號表示到信息表達，都可以在映射基礎上，保證業務流程從分析到實現的可視化建模一致性，各取所長Communication Diagram側重于業務流程分析與設計，State Machine側重于可視化的動態實現，在隨后的模型構建中我們會詳細描述。

2.2 典型Communication Diagram示例

為深入說明基于State Machine的Communication Diagram動態構建及測試，我們選取了UML用戶指南中的Communication Diagram的典型示例[1]，從模型元素的信息表示到規則轉換進行深入的探索。如圖1學校里登記一個新生通信圖示例所示，顯示了四個對象（r、s、sc、c）之間的通信協作關系，圖中典型地包括了Communication Diagram的對象、鏈和消息，以及自身協作的組件元素。通信協作從r登記代理對象創建一個s學生對象開始，把學生加入到sc學校中，然后告訴s去登記，s調用自身的課程計劃，獲取必須注冊的課程對象集合，然后s循環地將自家加入到c課程對象后，完成相關注冊登記后提交到sc對象，最后sc學校向s學生發出成功登記通知。

2.3 命名轉換規則

通信圖表示對象之間的協作關系，通過分析映射關系，狀態機之間可有多條狀態轉換路徑，從而解決對象之間協作的方向問題，通信圖中的對象元素都可以通過WF State Machine中的編程模型來無縫映射，基于此給出了命名轉換的規則。通信圖中的對象映射成State Machine中的狀態對象，對象之間的協作采用CT（CommunicationTransition）命名，如圖1所示的通信圖中“r：RegistrarAgent”等四個對象，對應命名為圖2所示的映射模型中“r：RegistrarAgent_State”等四個State對象，組成一個NewStudentRegister_CommunicationObject_StateMachine。通信圖中的鏈接關系命名為各個Sate之間的Transition，例如圖1中對象r和s之間的協作關系，命名為CT_1表示兩者之間的通信關系；通信對象之間的消息序列和變遷序列對應，在此基礎上每個State對象之間的變遷由變遷的名稱和動作組成，例如圖1中對象r和s之間的通信變遷命名為CT_1：create（），UML通信圖對象之間的協作往往缺失對象之間的交互響應信息，在圖2中對應命名給出，例如CT_1.1_Response（），表示對CT_1協作的第1次響應。這樣的命名規則不僅保證了圖形轉換構建過程中的一致性，也加強了動態的構建和測試，便于分析追溯和擴展。

3 轉換構建（Transition and construction）

3.1 靜態的頂層映射轉換

Communication Diagram描述對象之間的結構關系，依據前面的映射關系和命名規則，首先完成靜態的頂層映射轉換。如圖2所示，基于State Machine的學校登記一個新生頂層映射模型所示，Communication Diagram示例（如圖1）中的“r：RegistrarAgent”“sc：School”“s：Student”“c：Course”等對象被映射成對應的狀態對象“r：RegistrarAgent_State”“sc：School_State”“s：Student_State”“c：Course_State”。Communication Diagram對象之間的鏈和消息被轉換為State之間的轉換，分別以（CT_1、CT_1.1）；（CT_2、CT_2.1）；（CT_3、CT_3.1 、CT_3.2：、CT_3.2.1；CT_3.3）；（CT_3.4、CT_3.4）相互之間的通信協作。狀態對象“r：RegistrarAgent”存在三個發出的通信消息，其中“CT_1：create（）”“CT_3：regeister（）”是r對象向s對象發出的通信信息，“CT_2：addStudent（s）”是r對象向sc對象發出的通信信息。同理“s：Student_State”狀態存在五個發出的通信信息，“sc：School_State”和“c：Course_State”分別存在兩個和一個通信變遷?？梢钥闯觯诨赟tate Machine的學校登記一個新生頂層映射模型中，Communication Diagram的組織對象和消息鏈，無縫地轉換為State Machine可視化模型，實現了靜態模型信息的轉換。但是，通信如何觸發、協作如何交互，規則如何動態變遷，Communication Diagram中都沒有顯式的呈現。因此我們需要借助WF中可視化編程優勢，進一步的構建業務流程狀態變遷。

3.2 動態的規則構建

Communication Diagram中對象之間的通信協作，可以借助WF State Machine可視化的狀態變遷來動態實現。為便于動態規則轉換，如圖3所示，通信協作及控制變量所示，定義了三個變量，分別為ct、register、schedule，其中ct為StateMachine的全局通信轉換變量，并給出了初始值“starting”作用于整個NewStudentRegister_CommunicationObject_StateMachine范圍，同時定義了兩個局部變量，并給出初始值為“true”，作用于“s：Student”對象，用于控制該狀態對象的兩次動態自身轉換的循環控制。

如圖4所示，s：Student狀態對象動態轉換模型所示，“s：Student”對象的通信協作采用Switch多分支判斷模式，在分支判斷中以全局通信變量“ct”為控制條件，將對象之間的消息觸發條件，顯式地配置在各個對應的分支中，可以清晰地看出每一個通信轉換所對應的變遷和消息，這同通信圖中鏈和消息一致對應，觸發對應的分支流程。每個通信變遷中完成協作對象的觸發轉換，如圖5所示，在觸發器啟動的情況下，當通信協作信息“CT_1：create（）”到來后，執行“create_Action”動作，創建一個student對象；經過CT_1通信協作轉換，顯式地表明源（Source）狀態對象“r：RegistrarAgent_State”和目標（Detination）狀態對象“s：Student_State”之間的通信協作關系。

4 動態測試（Dynamic testing）

經過基于WF的可視化編程轉換，實現Communication Diagram從靜態的映射到動態規則構建，進一步地完成了動態測試，如圖6所示，基于WF的學校里登記一個新生通信圖動態測試所示，圖中State Machine工作流活動對象“nsr”，進入WF工作流引擎，有序地完成狀態對象之間的通信協作。從測試結果可以清晰的看出組織對象間的交流協作過程，實現了業務流程分析到可視化實現的透明轉換。

5 結論（Conclusion）

在軟件系統分析與設計過程中，語義的一致性和準確性一直都是關注點。探索和研究一種從靜態模型到動態規則轉換的可視化實現方式，具有必要性。將WF State Machine的可視化編程及動態規則轉換優勢應用于Communication Diagram的對象之間的通信協作實現，顯式地將對象之間的交互關系和動態通信協作變遷規則結合，構建基于State Machine的可視化Communication Diagram測試模型，實現了從UML可視化建模到WF可視化映射和測試，解決了從分析、設計到構建的無縫轉換，具有實際意義。

參考文獻（References）

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作者簡介：

孔令東（1973-），男，博士，講師.研究領域：軟件工程，工作流技術.