摘 要：在基于UML的業(yè)務(wù)流程分析與設(shè)計(jì)過(guò)程中，從靜態(tài)模型分析到動(dòng)態(tài)模型構(gòu)建，經(jīng)過(guò)一系列抽象轉(zhuǎn)換和代碼實(shí)現(xiàn)，往往滿足不了業(yè)務(wù)需求，缺少一種所見即所得的業(yè)務(wù)過(guò)程實(shí)現(xiàn)。在探索UML Communication Diagram和WF State Machine業(yè)務(wù)流程映射關(guān)系的基礎(chǔ)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(tài)映射和動(dòng)態(tài)規(guī)則轉(zhuǎn)換，基于WF可視化地實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)構(gòu)建與測(cè)試，解決了從分析、設(shè)計(jì)到構(gòu)建的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。

關(guān)鍵詞：UML；Communication Diagram；WF；State Machine

中圖分類號(hào)：TP311.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

UML（Unified Modeling Language）作為標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言，適用于面向?qū)ο蟮臉I(yè)務(wù)流程分析與設(shè)計(jì)，但在具體的開發(fā)構(gòu)建中，經(jīng)過(guò)層層迭代[1，2]，存在語(yǔ)義上的不一致和不精確等缺點(diǎn)，不利于進(jìn)行形式化的分析和驗(yàn)證。在UML1.x協(xié)作圖基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的UML2.0通信圖，強(qiáng)調(diào)對(duì)象之間結(jié)構(gòu)關(guān)系的通信交互，但缺乏對(duì)靜態(tài)語(yǔ)義和動(dòng)態(tài)語(yǔ)義的可視化編程實(shí)現(xiàn)[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(yè)務(wù)流程邏輯關(guān)系和條件，可以無(wú)縫的實(shí)現(xiàn)UML模型到業(yè)務(wù)流程工作流轉(zhuǎn)換。WF提供的State Machine開發(fā)模型，由狀態(tài)機(jī)和狀態(tài)對(duì)象組成，在狀態(tài)變遷的驅(qū)動(dòng)下，可以無(wú)縫地實(shí)現(xiàn)通信圖對(duì)象之間的通信協(xié)作[6-8]。因此，探索一種從UML Communication Diagram靜態(tài)建模到可視化的動(dòng)態(tài)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)流程建模語(yǔ)義上的一致性和無(wú)縫轉(zhuǎn)換具有實(shí)際意義。

本文在探索UML Communication Diagram和WF State Machine業(yè)務(wù)流程映射關(guān)系的基礎(chǔ)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(tài)映射和動(dòng)態(tài)規(guī)則轉(zhuǎn)換，基于WF可視化地實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)構(gòu)建與測(cè)試。

2 映射關(guān)系及命名規(guī)則（Mapping relationship and naming rule ）

2.1 從Communication Diagram到State Machine的映射關(guān)系

UML Communication Diagram和WF State Machine在可視化靜態(tài)建模上具有一一的映射關(guān)系，同時(shí)State Machine在可視化的動(dòng)態(tài)規(guī)則構(gòu)建上又具有無(wú)縫的編程實(shí)現(xiàn)，從組件元素圖形表示和含義上可以自然對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的模型轉(zhuǎn)換，如表1所示，Communication Diagram中的Object（對(duì)象）、Link & message（鏈和消息）、Self Communication（自身通信協(xié)作）分別同State Machine中的State（狀態(tài)）、Transition（變遷）、Self Transition（自身變遷轉(zhuǎn)換）相對(duì)應(yīng)。Communication Diagram突出Object之間組織關(guān)系的通信和協(xié)作，在對(duì)象之間通過(guò)鏈表示兩個(gè)對(duì)象之間的存在協(xié)作關(guān)系，通過(guò)帶有順序標(biāo)號(hào)的消息箭頭表示對(duì)象之間的通信協(xié)作轉(zhuǎn)換；State Machine中state之間通過(guò)Transition的有向箭頭，明確表示兩個(gè)狀態(tài)之間的變遷轉(zhuǎn)換關(guān)系。由此可以看出，兩種模型從符號(hào)表示到信息表達(dá)，都可以在映射基礎(chǔ)上，保證業(yè)務(wù)流程從分析到實(shí)現(xiàn)的可視化建模一致性，各取所長(zhǎng)Communication Diagram側(cè)重于業(yè)務(wù)流程分析與設(shè)計(jì)，State Machine側(cè)重于可視化的動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)，在隨后的模型構(gòu)建中我們會(huì)詳細(xì)描述。

2.2 典型Communication Diagram示例

為深入說(shuō)明基于State Machine的Communication Diagram動(dòng)態(tài)構(gòu)建及測(cè)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(guī)則轉(zhuǎn)換進(jìn)行深入的探索。如圖1學(xué)校里登記一個(gè)新生通信圖示例所示，顯示了四個(gè)對(duì)象（r、s、sc、c）之間的通信協(xié)作關(guān)系，圖中典型地包括了Communication Diagram的對(duì)象、鏈和消息，以及自身協(xié)作的組件元素。通信協(xié)作從r登記代理對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)s學(xué)生對(duì)象開始，把學(xué)生加入到sc學(xué)校中，然后告訴s去登記，s調(diào)用自身的課程計(jì)劃，獲取必須注冊(cè)的課程對(duì)象集合，然后s循環(huán)地將自家加入到c課程對(duì)象后，完成相關(guān)注冊(cè)登記后提交到sc對(duì)象，最后sc學(xué)校向s學(xué)生發(fā)出成功登記通知。

2.3 命名轉(zhuǎn)換規(guī)則

通信圖表示對(duì)象之間的協(xié)作關(guān)系，通過(guò)分析映射關(guān)系，狀態(tài)機(jī)之間可有多條狀態(tài)轉(zhuǎn)換路徑，從而解決對(duì)象之間協(xié)作的方向問(wèn)題，通信圖中的對(duì)象元素都可以通過(guò)WF State Machine中的編程模型來(lái)無(wú)縫映射，基于此給出了命名轉(zhuǎn)換的規(guī)則。通信圖中的對(duì)象映射成State Machine中的狀態(tài)對(duì)象，對(duì)象之間的協(xié)作采用CT（CommunicationTransition）命名，如圖1所示的通信圖中“r：RegistrarAgent”等四個(gè)對(duì)象，對(duì)應(yīng)命名為圖2所示的映射模型中“r：RegistrarAgent_State”等四個(gè)State對(duì)象，組成一個(gè)NewStudentRegister_CommunicationObject_StateMachine。通信圖中的鏈接關(guān)系命名為各個(gè)Sate之間的Transition，例如圖1中對(duì)象r和s之間的協(xié)作關(guān)系，命名為CT_1表示兩者之間的通信關(guān)系；通信對(duì)象之間的消息序列和變遷序列對(duì)應(yīng)，在此基礎(chǔ)上每個(gè)State對(duì)象之間的變遷由變遷的名稱和動(dòng)作組成，例如圖1中對(duì)象r和s之間的通信變遷命名為CT_1：create（），UML通信圖對(duì)象之間的協(xié)作往往缺失對(duì)象之間的交互響應(yīng)信息，在圖2中對(duì)應(yīng)命名給出，例如CT_1.1_Response（），表示對(duì)CT_1協(xié)作的第1次響應(yīng)。這樣的命名規(guī)則不僅保證了圖形轉(zhuǎn)換構(gòu)建過(guò)程中的一致性，也加強(qiáng)了動(dòng)態(tài)的構(gòu)建和測(cè)試，便于分析追溯和擴(kuò)展。

3 轉(zhuǎn)換構(gòu)建（Transition and construction）

3.1 靜態(tài)的頂層映射轉(zhuǎn)換

Communication Diagram描述對(duì)象之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，依據(jù)前面的映射關(guān)系和命名規(guī)則，首先完成靜態(tài)的頂層映射轉(zhuǎn)換。如圖2所示，基于State Machine的學(xué)校登記一個(gè)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(duì)象被映射成對(duì)應(yīng)的狀態(tài)對(duì)象“r：RegistrarAgent_State”“sc：School_State”“s：Student_State”“c：Course_State”。Communication Diagram對(duì)象之間的鏈和消息被轉(zhuǎn)換為State之間的轉(zhuǎn)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(xié)作。狀態(tài)對(duì)象“r：RegistrarAgent”存在三個(gè)發(fā)出的通信消息，其中“CT_1：create（）”“CT_3：regeister（）”是r對(duì)象向s對(duì)象發(fā)出的通信信息，“CT_2：addStudent（s）”是r對(duì)象向sc對(duì)象發(fā)出的通信信息。同理“s：Student_State”狀態(tài)存在五個(gè)發(fā)出的通信信息，“sc：School_State”和“c：Course_State”分別存在兩個(gè)和一個(gè)通信變遷?？梢钥闯觯诨赟tate Machine的學(xué)校登記一個(gè)新生頂層映射模型中，Communication Diagram的組織對(duì)象和消息鏈，無(wú)縫地轉(zhuǎn)換為State Machine可視化模型，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)模型信息的轉(zhuǎn)換。但是，通信如何觸發(fā)、協(xié)作如何交互，規(guī)則如何動(dòng)態(tài)變遷，Communication Diagram中都沒(méi)有顯式的呈現(xiàn)。因此我們需要借助WF中可視化編程優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步的構(gòu)建業(yè)務(wù)流程狀態(tài)變遷。

3.2 動(dòng)態(tài)的規(guī)則構(gòu)建

Communication Diagram中對(duì)象之間的通信協(xié)作，可以借助WF State Machine可視化的狀態(tài)變遷來(lái)動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)。為便于動(dòng)態(tài)規(guī)則轉(zhuǎn)換，如圖3所示，通信協(xié)作及控制變量所示，定義了三個(gè)變量，分別為ct、register、schedule，其中ct為StateMachine的全局通信轉(zhuǎn)換變量，并給出了初始值“starting”作用于整個(gè)NewStudentRegister_CommunicationObject_StateMachine范圍，同時(shí)定義了兩個(gè)局部變量，并給出初始值為“true”，作用于“s：Student”對(duì)象，用于控制該狀態(tài)對(duì)象的兩次動(dòng)態(tài)自身轉(zhuǎn)換的循環(huán)控制。

如圖4所示，s：Student狀態(tài)對(duì)象動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換模型所示，“s：Student”對(duì)象的通信協(xié)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(duì)象之間的消息觸發(fā)條件，顯式地配置在各個(gè)對(duì)應(yīng)的分支中，可以清晰地看出每一個(gè)通信轉(zhuǎn)換所對(duì)應(yīng)的變遷和消息，這同通信圖中鏈和消息一致對(duì)應(yīng)，觸發(fā)對(duì)應(yīng)的分支流程。每個(gè)通信變遷中完成協(xié)作對(duì)象的觸發(fā)轉(zhuǎn)換，如圖5所示，在觸發(fā)器啟動(dòng)的情況下，當(dāng)通信協(xié)作信息“CT_1：create（）”到來(lái)后，執(zhí)行“create_Action”動(dòng)作，創(chuàng)建一個(gè)student對(duì)象；經(jīng)過(guò)CT_1通信協(xié)作轉(zhuǎn)換，顯式地表明源（Source）狀態(tài)對(duì)象“r：RegistrarAgent_State”和目標(biāo)（Detination）狀態(tài)對(duì)象“s：Student_State”之間的通信協(xié)作關(guān)系。

4 動(dòng)態(tài)測(cè)試（Dynamic testing）

經(jīng)過(guò)基于WF的可視化編程轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)Communication Diagram從靜態(tài)的映射到動(dòng)態(tài)規(guī)則構(gòu)建，進(jìn)一步地完成了動(dòng)態(tài)測(cè)試，如圖6所示，基于WF的學(xué)校里登記一個(gè)新生通信圖動(dòng)態(tài)測(cè)試所示，圖中State Machine工作流活動(dòng)對(duì)象“nsr”，進(jìn)入WF工作流引擎，有序地完成狀態(tài)對(duì)象之間的通信協(xié)作。從測(cè)試結(jié)果可以清晰的看出組織對(duì)象間的交流協(xié)作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)流程分析到可視化實(shí)現(xiàn)的透明轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)論（Conclusion）

在軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)過(guò)程中，語(yǔ)義的一致性和準(zhǔn)確性一直都是關(guān)注點(diǎn)。探索和研究一種從靜態(tài)模型到動(dòng)態(tài)規(guī)則轉(zhuǎn)換的可視化實(shí)現(xiàn)方式，具有必要性。將WF State Machine的可視化編程及動(dòng)態(tài)規(guī)則轉(zhuǎn)換優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于Communication Diagram的對(duì)象之間的通信協(xié)作實(shí)現(xiàn)，顯式地將對(duì)象之間的交互關(guān)系和動(dòng)態(tài)通信協(xié)作變遷規(guī)則結(jié)合，構(gòu)建基于State Machine的可視化Communication Diagram測(cè)試模型，實(shí)現(xiàn)了從UML可視化建模到WF可視化映射和測(cè)試，解決了從分析、設(shè)計(jì)到構(gòu)建的無(wú)縫轉(zhuǎn)換，具有實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] Grady Booch，James Rumbaugh，Ivar Jacobson[美].UML用戶指南[M].北京：人民郵電出版社，2013，1：191-195.

[2] Object Management Group.Unified Modeling Language.Formal[S].OMG，2017.

[3] Alexander Knapp and Till Mossakowski.UML Interactions Meet State Machine—An Institutional Approach[C].7th Conference on Algebra and Coalgebra in Computer Science，2017（15）：1-15.

[4] 張姝，戎玫，張廣泉.基于時(shí)序邏輯的UML2.0通信圖語(yǔ)義研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008，29（21）：5601-5604.

[5] 張峻，張廣泉，王輝，等.UM L 2.0 通信圖的一種測(cè)試用例生成方法[J].蘇 州 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)（自然科學(xué)版），2007，23（2）：36-42.

[6] Microsoft.the programming model，samples，and tools of the Windows Workflow Foundation（WF）[EB/OL].https：//docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/windows-workflow-foundation/index，2017-03-03.

[7] 錢維平，王堅(jiān).基于WF狀態(tài)機(jī)工作流的日常工作管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2015，28（1）：81-83.

[8] 馮倩，董麗麗.基WF狀態(tài)機(jī)工作流的研究與應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2008，4（8）：2263-2265.

作者簡(jiǎn)介：

孔令東（1973-），男，博士，講師.研究領(lǐng)域：軟件工程，工作流技術(shù).