Khóa luận Kiểm chứng cài đặt biểu đồ tương tác với uml 2.0 - Vương Văn Trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vương Văn Trường KIỂM CHỨNG CÀI ĐẶT BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC VỚI UML 2.0 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ phần mềm HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vương Văn Trường KIỂM CHỨNG CÀI ĐẶT BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC VỚI UML 2.0 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ phần mềm Cán bộ hướng dẫn: TS Trương Anh Hoàng Cán bộ đồng hướng dẫn: ThS Phạm Thị Kim Dung HÀ NỘI - 2010 Lời cảm ơn Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS.Trương Anh Hoàng, Bộ môn Công nghệ phần mềm, Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nôi – người đã định hướng đề tài và tận tình hướng dẫn chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ThS Phạm Thị Kim Dung, Bộ môn Công nghệ phần mềm, Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội – Người đồng hướng dẫn và chỉ bảo tôi trong quá trình thực hiện khóa luận của này. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu trong suốt bốn năm học làm nền tảng cho tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp này. Con xin cảm ơn cha mẹ và gia đình đã sinh ra và nuôi dạy con khôn lớn, luôn cạnh động viên và ủng hộ con trên con đường mà con đã yêu thích và lựa chọn. Cảm ơn các bạn sinh viên Khoa Công nghệ thông tin khóa 2006 – 2010. Các bạn giúp đỡ và ủng hộ tôi rất nhiều cũng như đóng góp nhiều ý kiến quý báu, qua đó, tôi hoàn thiện khóa luận tốt hơn. Mặc dù đã rất nỗ lực, cố gắng nhưng chắc hẳn khóa luận của tôi vẫn còn nhiều sót. Tôi rất mong nhận được nhiều những ý kiến đánh giá, phê bình của quý thầy của các anh chị và các bạn. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, tháng 5 năm 2010 Vương Văn Trường Tóm tắt Phần mềm ngày càng được xây dựng và phát triển mạnh mẽ. Phần mềm được tạo ra phải đảm bảo chất lượng. Kiểm chứng phần mềm là một trong những giai đoạn quan trọng trong quy trình sản xuất phần mềm. Kiểm chứng động phần mềm nhằm phát hiện và tìm lỗi trong giai đoạn kiểm thử phần mềm. Phương pháp lập trình hướng khía cạnh ( Aspect Oriented programming - AOP) cùng với công nghệ AspectJ ra đời tạo ra hướng phát triển mới cho kiểm chứng phần mềm, nâng cao khả năng tìm và sửa lỗi phần mềm mà không ảnh hưởng đến mã nguồn hệ thống. Từ yêu cầu thực tế, khi mô hình UML đang là sự lựa chọn phổ biến cho mô hình hóa hệ thống phần mềm ở giai đoạn thiết kế, việc kiểm chứng các ràng buộc giữa các tương tác trong biểu đồ trình tự UML là rất cần thiết. Cùng với yêu cầu thực tế đề ra và lựa chọn AOP là giải pháp giải quyết vấn đề, trong phạm vi khóa luận, tôi xin trình bày phương pháp sinh mã AspectJ tự động phục vụ cho việc kiểm chứng phần mềm với công cụ là plugin Create Aspect tự động sinh mã AspectJ dựa trên phương pháp này. Nội dung chính của phương pháp này dựa trên các kiến thức về AOP, UML, XML, ANNOTATIONS để chuyển đổi các giao thức ràng buộc đối tượng đặc tả bời biểu đồ UML sang modun aspect phục vụ cho việc kiểm chứng. Ý nghĩa thực tiễn là việc sinh ra mã aspect sẽ đan xen vào chương chình thực hiện việc kiểm chứng các ràng buộc giữa các đối tượng trong thời gian chạy. Mục lục Danh mục các ký hiệu, từ viết tắt Từ viết tắc Diễn giải AOP Aspect-Oriented Programming FSM Finie State Machine OOP Object Oriented Programming XML eXtensible Markup Language XMI XML Metadata Interchange UML Unified Modeling language Chương 1. Mở đầu 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay công nghệ thông tin đã được ứng dụng vào tất cả các lĩnh vực trong đời sống xã hội, từ những ứng dụng đơn giản nhất đến các ứng dụng phức tạp, từ những ứng dụng gia đình đến các ứng dụng cho các tổ chức lớn đều có mặt các sản phẩm công nghệ thông tin. Có thể nói nó đã làm thay đổi diện mạo xã hội, đưa nền văn minh nhân loại lên một tầng cao mới. Một phần quan trọng của Công nghệ thông tin là Công nghệ phần mềm….. Cùng với sự phát triển vượt bậc của các công nghệ phần cứng đã hỗ trợ cho Công nghệ phần mềm phát triển mạnh mẽ. Hiện nay, phần mềm được coi là sản phẩm chính của công nghệ thông tin, quá trình làm phần mềm thông thường được trải qua quy trình nghiêm ngặt. Quy trình này được chia ra làm nhiều giai đoạn : thu thập yêu cầu, phân tích, thiết kế, xây dựng, kiểm tra., triển khai và bảo trì phần mềm. Đối với phần mềm, việc đảm bảo chất lưng của phần mềm là vô cùng quan trọng. Do đó, vấn đề đặt ra là phải kiểm tra, xác định và sửa được các lỗi phát sinh trong quá trình sản xuất phần mềm, đó là công việc của giai đoạn kiểm tra. Việc phát hiện lỗi phần mềm càng muộn thì gây hậu quả càng lớn, tốn nhiều thời gian và công sức sửa lỗi, thậm chí có thể phải xây dựng lại toàn bộ hệ thống từ đầu, có khi gây thất bại cho toàn dự án phần mềm. Chính vì vậy các phương pháp phát hiện lỗi sớm để giảm thiểu công sức để sửa chúng ra đời. Để phát hiện hiện những lỗi phần mềm, phần mềm phải được kiểm chứng(Verification) và thẩm định(Valication)[5]. Kiểm chứng phần mềm là kiểm tra xem phần mếm có thiết kế đúng và thực thi đúng như đặc tả không yêu cầu không. Thẩm định phần mềm là giai đoạn có sự hỗ trợ của khách hàng nhằm kiểm tra xem phần mềm có đáp ứng được yêu cầu của họ không. Mục đính chính của kiểm chứng phần mềm là làm giảm thiểu số lỗi mà phần mềm có thể gặp đến mức thấp nhất có thể chấp nhận được. Chính vì vậy, nó có vai trò vô cùng quan trọng trong toàn bộ quy trình phát triển phần mềm cũng như trong ngành phát triển phần mềm hiện nay. Nó thu hút được mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Giai đoạn kiểm thử có mục đích kiểm tra tính đúng đắn của sản phầm phần mềm, kiểm tra xem có đáp ứng được nhu cầu bài toán đặt ra không. Trong thực tế, các thao tác kiểm thử đơn vị thông thường dựa vào một tập các ca kiểm thử đầu vào và các đầu ra tương ứng. Do vậy, chỉ kiểm tra được tính đúng sai của đầu vào và đầu ra của chương trình, không kiểm tra được quá trình hoạt động cuả chương trình có theo đúng đặc tả ban đầu hay không. Việc không kiểm hợp chúng thành chương trình lớn. 1.2. Nội dung bài toán Kiểm chứng phần mềm là một phần vô cùng quan trọng trong quá trình phát triển phần mềm. Vì vậy có rất nhiều phương pháp kiểm chứng phần mềm được xây dựng như giả lập hay kiểm chứng mô hình. Trong giới hạn khóa luận này, tôi muốn đề cập đến phương pháp kiểm chứng phần mền dựa trên phương pháp lập trình hướng khía cạnh(AOP). Cụ thể trong phạm vi bài toán là kiểm chứng đặc tả hoạt động của các đối tượng trong Java và kiểm tra các tác tử trong thời gian chạy. Trong cách tiếp cận này, một ứng dụng hướng đối tượng được đặc tả bằng mô hình UML và được cài đặt bằng ngôn ngữ Java: Sau khi Aspect được sinh ra, chúng sẽ được đan xen vào mã Java để kiểm tra trong thời gian chạy. Bài toán có nhiệm vụ tạ ra các Aspect từ biều đồ tuần tự , và dùng AspectJ để đan các Aspect này vào khung chương trình chính. Khi chạy chương trình, các Aspect này sẽ tự động kiểm tra các đặc tả giao thức và đưa ra các thông báo lỗi nếu có bất kỳ sự vi phạm nào. Nhiệm vụ chính của bài toán là xây dựng phương pháp tạo ra các đoạn mã Aspect để kiểm chứng và xây dựng công cụ Plugin Protocol Verification Generator tự động sinh ra Aspect kiểm chứng đặc tả giao thức bằng biểu đồ tuần tự UML. 1.3. Tổng quan phương pháp “kiểm chứng cài đặt biểu đồ tương tác với UML 2.0” Trong khóa luận “KIỂM CHỨNG ĐẶC TẢ UML CHO TÁC TỬ PHẦM MỀM”[2] đã trình bày phương pháp kiểm chứng đặc tả UML cho tác tử phần mềm, khóa luận đã đưa ra phương pháp pháp phân tích và kiểm chứng cho một số giao thức (AB)n và [A*B]n .Nhưng trong khóa luận đó, chưa giải quyết được một số vấn đề như: Mới chỉ dừng ở kiểm tra một số giao thức đơn giản. Chỉ có thể kiểm tra cho các biểu đồ thường, hoặc biểu đồ theo Agent UML. Đối với, các giao thức được mô tả bằng UML 2 trở lên thì công cụ không thể thực hiện được. Việc tự động sinh Aspect chưa thực sự hoàn thiện. Aspect được sinh ra sau đó được lưu lại. Để sử dụng Aspect này thì phải đưa nó vào trong project cần thiết. Aspect sinh ra có phạm vi trong toàn project. Tức là, bất kỳ lớp nào có một phương thức được mô tả như ở trong pointcut thì đều chịu tác dụng của Aspect. Điều này, nhiều khi gây nên lỗi. Tài liệu XMI đầu vào của công cụ đã được thu gọn chỉ chứa các thành phần cần thiết. Phát triển từ khóa luận trên, tôi đã giải quyết được các vấn đề trên. Aspect được sinh ra trực tiếp gắn vào project cùng tên với file xmi. Giao thức được kiểm chứng đa dạng. Được thiết kế theo UML 2.0, Các điều kiện lặp, lựa chọn sử dụng mô tả đoạn gộp như đoạn gộp alt, loop. Aspect sinh ra có thể đảm bảo sự kiểm tra cho một phương thức được người dùng đánh dấu. Do sự khác nhau giữa cách mô tả UML 2.0 và trước đây, nên cấu trúc để lưu giữ cũng như Aspect sinh ra cũng khác nhiều so với ở công cụ PVG. Phát triển từ công cụ PVG nhưng tôi đã thay đổi nhiều để phù hợp với đặc tả giao thức bằng UML2.0. Bài toán bắt đầu với đầu vào là một biểu đổ tuần tự UML 2.0, các biểu đồ này được tạo ra bằng công cụ Altova Umodel 2010 hoặc Altova Umodel 2010 plugin, các biểu đồ này sẽ được xuất ra dưới dạng XMI. Sau đó, lấy các thông tin cần thiết về các đối tượng của biểu đồ và chuyển thành một máy trạng thái (FSM). Lập trình viên sẽ phát triển các mô-đun nghiệp vụ chính từ biểu đồ này và các biểu đồ còn lại. Song song với nó là quá trình xây dựng Aspect từ máy trạng thái. Bài báo “Checking Interface Interaction Protocols Using Aspect-Oriented Programming”[3] đã xây dựng phương pháp kiểm chứng giao thức sử dụng AOP. Dựa vào bài báo này tôi xây dựng công cụ tự động sinh Aspect với đầu vào là tài liệu XMI mô tả biểu đồ tuần tự UML 2.0. Phương pháp xây dựng công cụ Plugin Protocol Verification Generator(PPVG của tôi gồm hai bước. Bước 1 : Phân tích tài liệu XMI, lấy thông tin cần thiết để xây dựng máy trạng thái. Bước 2 : Xây dựng bộ tự động sinh Aspect từ FSM : Sử dụng FSM vừa được sinh ra từ trên, duyệt từng trạng thái trong FSM, áp dụng phương pháp cài đặt Aspect trong bài báo nói trên, tôi tạo ra các join-point, pointcut và advice từ các trạng thái đó để hình thành nên mô-đun Aspect. 1.4 . Cấu trúc khóa luận Các phần còn lại của khóa luận được cấu trúc như sau: Chương 2 giới thiệu về annotations, AspectJ, AOP , UML 2, xây dựng máy trạng thái. Trong chương này tôi trình bày các kiến thức cơ bản sử dụng trong khóa luận của tôi và cách xây dựng máy trạng thái cơ bản. Chương 3 xây dựng công cụ sinh Aspect từ máy trạng thái mô tả biểu đồ trình tự UML. Chương 4 cài đặt công cụ tự động sinh Aspect và tiến hành kiểm chứng một số giao thức. Chương 5 đưa ra các kết luận của khóa luận và hướng nghiên cứu tương lai. Chương 2. Annotaions , Aspects và UML 2.0 2.1. Annotations Có lẽ các khái niệm về Annotations hiện nay được nhiều người biết đến, vì vậy ở đây tôi sẽ trình bày ngắn gọn các khái niệm cơ bản và đặc điểm chính của của Annotations. 2.1.1 . Khái niệm annotaions Annotations trước tiên được hiểu là một dạng metadata. Metadata là đặc tả dữ liệu cho một đối tượng, giá trị gì đó. Chẳng hạn các tập tin mp3, ảnh, hoặc một bài viết có thể có metadata định dạng XML là RSS. Đặc tả dữ liệu là một tập giá trị chứa những thông tin gắn gọn, cơ bản mô tả về đối tượng nào đó. Chẳng hạn, với một bài hát thì metadata có thể bao gồm: tên ca sĩ trình bày, tên nhạc sĩ, bài hát này hát trong bao lâu,... Metadata không phải là "siêu dữ liệu" như một số người từng dịch từ tiếng Anh sang tiếng Việt. 2.1.2. Ưu điểm của annotations Annotations là một kỹ thuật mới đầy triển vọng, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho việc phát triển phần mềm, dưới đây là một số lợi ích của annotations. Tường minh: Nhìn vào lớp trên bạn có thể thấy rõ mục đích. Đơn giản. Tránh được rất nhiều lỗi trong thời gian chạy: trong lập trình, chúng ta thường rất sợ lỗi về thời gian chạy. Lỗi được báo ở khâu biên dịch thường ít nguy hiểm và được giải quyết nhanh chóng bởi lập trình viên nhưng lỗi trong thời gian chạy là những lỗi khó chịu, khó khăn, mất nhiều thời gian để tìm ra nguyên nhân. Annotations là một cách để đẩy các lỗi cú pháp trong quá trình cấu hình của khâu biên dịch. Nghĩa là biên dịch có thể báo nhanh cho lập trình viên một số cấu hình sai trong lúc dịch. Nếu dùng các phương pháp như lời chú thích, các thuộc tính hoặc XML thì các lỗi này chỉ được báo trong thời gian chạy bởi chúng đơn thuần là dữ liệu văn bản. Ứng dụng chạy nhanh hơn: Việc dùng định dạng như XML chúng ta phải tốn thời gian, bộ nhớ để chuyển đổi từ XML sang các dạng đối tượng có API để dễ tương tác lệnh như DOM hoặc SAX cũng là một trở ngại. Dùng Annotations thì đỡ đi được rất nhiều. 2.1.3. Cấu trúc annotaions Một annotations được định nghĩa như sau : @interface tên_annotations { // các các thành phần } Các thành phần annotations là danh sách các biến số của nó. Thông thường annotations được dùng như một chú thích cho các thành phần trong chương trình như class, biến số, phương thức, hoặc có khi là bất kỳ một dòng lệnh nào. Để ghi chú cho một thành phần nào đó của chương trình thì annotations được thêm vào trước thành phần đó. Định dạnh như sau : @tên_annotations() Tên_thành_Phần Ví dụ: sử dụng annotaions cho phương thức . @Override public String toString() { return super.toString() +"Testing annotation name: 'Override'"; } Annotations trên định sử dụng nhằm khẳng định phương thức toString được ghi đè lên phương thức của lớp cha. 2.1.4. Target annotions Annotations rất đa dạng, có rất nhiều loại annotations, nhưng tôi chỉ đề cập đến Target annotaions vì đây là annotations mà tôi dùng cho khóa luận. Sau đây, tôi sẽ trình bày về loại annotaions này. Target annotations các chú thích kiểu này có đích tới là class. Bao gồm các loại. @Target(ElementType.TYPE)— Áp dụng cho bất kỳ các yếu tố nào của class @Target(ElementType.FIELD)—Có thể áp dụng cho các lĩnh vực và các thuộc tính @Target(ElementType.METHOD)—Có thể áp dụng cho mức độ method @Target(ElementType.PARAMETER)—Áp dụng cho các thông số của các methods @Target(ElementType.CONSTRUCTOR)— Áp dụng cho constructors @Target(ElementType.LOCAL_VARIABLE)—Áp dụng cho các biến địa phương @Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)—Loại hình tuyên bố là một chú thích Ví dụ : @Target(ElementType.METHOD) public @interface Test_Target { public String dosomething(); } Annotations trên được định nghĩa ghi chú cho phương thức, với thành phần chính là dosomething(). Để sử dụng annotations này thì thêm nó vào trước phương thức. Ví dụ : @Test_Target(“test”) Public void test(){ // do something } Đối với annotations dạng này, nếu nó được định nghĩa dùng cho loại đối tượng nào thì nó chỉ có thể ghi chú cho loại đối tượng đó. Như annotaions ở ví dụ trên, nó chỉ có thể ghi chú cho đối tượng là một phương thức. Nếu sử dụng nó ghi chú cho một class hoặc một biến thì sẽ nhận được lỗi. 2.2. Aspect 2.2.1. Lập trình hướng khía cạnh AOP Vấn đề cốt lõi của AOP là cho phép chúng ta thực hiện các vấn đề riêng biệt một cách linh hoạt và kết hợp chúng lại để tạo nên hệ thống sau cùng. AOP bổ sung cho kỹ thuật lập trình hướng đối tượng bằng việc hỗ trợ một dạng mô-đun khác, cho phép kéo thể hiện chung của vấn đề đan nhau vào một khối. Khối này được gọi là ‘Aspect’ (tạm dịch là ‘lát’ – hàm ý lát cắt đi qua nhiều lớp đối tượng), từ chữ ‘Aspect’ này chúng ta có tên của phương pháp phát triển phần mềm mới: Aspect-oriented programming. Nhờ mã được tách riêng, vấn đề đan nhau trở nên dễ kiểm soát hơn. Các Aspect của hệ thống có thể thay đổi, thêm hoặc xóa lúc biên dịch và có thể tái sử dụng. Một dạng biên dịch đặc biệt có tên là Aspect Weaver thực hiện kết hợp các thành phần riêng lẻ lại thành hệ thống hợp nhất. AOP gồm 3 bước phái triển : Phân tích các yêu cầu để xác định vấn đề chung và vấn đề đan nhau. Xây dựng thể hiện từng vấn đề riêng biệt. Tổng hợp các thể hiện. Trình biên dịch AOP thực hiện theo hai bước : Kết hợp các hành vi riêng lẻ. Chuyển đổi thông tin kết quả sang dạng mã thực thi. Các ưu điểm của AOP[4]: Mô đun hoá những vấn đề đan nhau: AOP xác định các vấn đề một cách tách biệt hạn chế tối thiểu việc nhập nhằng mã, cho phép mô đun hoá cả vấn đề liên quan đến nhiều lớp đối tượng. Dễ dàng phát triển hệ thống: Việc thêm chức năng mới có thể thực hiện dễ dàng bằng cách tạo Aspect mới mà không cần quan tâm đến vấn đề đan nhau. Khi thêm các mô đun mới vào hệ thống, các Aspect hiện có sẽ đan kết với chúng và tạo nên sự phát triển chặt chẽ. Cho phép để lại quyết định thiết kế tương lai: Một thiết kế tốt phải tính đến cả yêu cầu hiện tại và tương lai, việc xác định yêu cầu tương lai là một công việc khó khăn. Nếu bỏ sót những yêu cầu tương lai có thể bạn sẽ phải thay đổi hay thực hiện lại nhiều phần hệ thống. Với AOP, người thiết kế hệ thống có thể để lại các quyết định thiết kế cho những yêu cầu tương lai nhờ thực hiện theo Tái sử dụng mã tốt hơn: Các Aspect là những mô đun riêng biệt, được kết hợp linh động – đây chính là yếu tố quan trọng để tái sử dụng mã. AOP cho phép tái sử dụng mã tốt hơn OOP. 2.2.2. AspectJ AspectJ là một mở rộng của lập trình hướng khía cạnh AOP để giúp cho việc học và phát triển ứng dụng Java dựa trên AOP dễ dàng nhanh chóng. AspectJ giúp cho việc mô-đun hóa các vấn đề quan tâm trong việc phát triển ứng dụng dễ dàng hơn như là: kiểm tra và xử lý lỗi, đồng bộ hóa, tối ưu hóa hiệu quả, theo dõi, tìm lỗi. AspectJ được cấu thành từ join-point, pointcut, advice[7]. Jointpoints là điểm định nghĩa trong chương trình, jointpoint có thể là một lời gọi hàm, khởi tạo một lớp, khởi tạo một đối tượng. Nhờ join-points mà ta có thể xác định các điểm mà chức năng cắt ngang hệ thống thêm vào. Join-point có các loại chính sau : Join-point tại các hàm khởi tạo. Join-point tại các điểm truy cập thuộc tính. Join-point tại các điểm truy cập ngoại lệ Pointcut là tập hợp các joinpont mà bạn sử dụng định nghĩa để thực thi advice. Pointcut sẽ chọn một jointpoint nào đó và ngữ cảnh tại join-point đó. Cú pháp của pointcut như sau : [acess specifier] pointcut pointcut-name([args]) : pointcut-definition; Ví dụ : public pointcut test() : call(String Start()) || call(boolean end()); Mã được thực thi ở từng join-point được gọi advice. Có nhiều loại advice: before - thực thi trước join-point, after - thực thi sau nó.Như vây, Advice là mã sẽ được thực hiện tại một joint-point mà được chọn bởi một pointcut. Advice được chia làm các loại sau : Before : Được thực hiện trước join-point Around: Được thực hiện sau join-point Affter : Được thực hiện sau joint-point AspectJ 5 có nhiều điểm mở rộng hơn so với các AspectJ trước đó, một điểm nỏi bật là nó có thể sử dụng annotations trong Java 5 như một join-point. Thông thường annotations trong trường hợp này được định nghĩa như một target annotations. Target annotaions này có thể được định nghĩa cho lớp, phương thức hoặc một thành phần nào khác. Trong khóa luận của tôi, tôi sử dụng annotaions định nghĩa cho phương thức. Với một annotations được định nghĩa cho phương thức. Nó sẽ được ghi chú trước một phương thức nào đó. Khi đó Aspect sẽ định nghĩa phương thức đó dưới dạng như sau : @Tên_annotations Tên_phương_thức(danh sách đối số). Ví dụ: pointcut test() : call(@Implement * m()); Ví dụ trên, pointcut được kích hoạt khi một phướng thức m() được ghi chú bởi annotations @Implement được gọi. 2.3. UML 2.0 2.3.1. khái niệm về UML UML (Unified Modeling Language) là một ngôn ngữ chuẩn cho việc cụ thể hóa, trực quan hóa, xây dựng và tạo tài liệu cho một hệ thống phần mềm, cũng như cho mô hình doanh nghiệp và những hệ thống khác. UML miêu tả một loạt các kỹ thuật công nghệ tốt nhất đã được kiểm chứng và thành công trong nhiều hệ thống lớn và phức tạp. UML là một phần quan trọng trong việc phát triển các phần mềm hướng đối tượng và trong quy trình phát triển phần mềm. UML sử dụng hầu hết các ký hiệu đồ họa để mô tả bản thiết kế của các dự án phần mềm. Sử dụng UML sẽ giúp cho các nhóm dự án có thể dễ dàng giao tiếp, khai thác những tiềm năng thiết kế, và phê chuẩn thiết kế kiến trúc của phần mềm. Những mục đích chính trong việc thiết kế của UML là: Cung cấp cho người dùng với một tài liệu đọc để sử dụng, có ý nghĩa như một ngôn ngữ mô hình trực quan, vì vậy họ có thể phát triển và trao đổi các mô hình có ý nghĩa. Cung cấp cơ chế đặc tả và khả năng mở rộng để mở rộng các khái niệm cốt lõi. Không phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình cụ thể và các quy trình phát triển Cung cấp một cơ sở chính thức cho việc hiểu những ngôn ngữ mô hình hóa. Gia tăng sự phát triển của thị trường các công cụ hướng đối tượng Hỗ trợ sự phát triển ở mức cao hơn các khái niệm như collaborations, frameworks, patterns and components. Tích hợp trong thực tế tốt nhất. UML 2.0 với nhiều thay đổi trong việc mô tả các thành phần trong biểu đồ. Với sự mở rộng trong mô tả các thành phần như đoạn gộp alt,opt, loop … mang lại nhiều tiện lợi cho người sử dụng. Dưới đây, tôi sẽ mô tả về một số thành phần trong biểu đồ trình tự UML 2.0. 2.3.2. Biểu đồ trình tự UML Một biểu đồ trình tự chỉ ra một cộng tác động giữa một loạt các đối tượng . Khía cạnh quan trọng của biểu đồ này là chỉ ra trình tự các thông điệp (message) được gửi giữa các đối tượng. Nó cũng chỉ ra trình tự tương tác giữa các đối tượng, điều sẽ xảy ra tại một thời điểm cụ thể nào đó trong trình tự thực thi của hệ thống. Các biểu đồ trình tự chứa một loạt các đối tượng được biểu diễn bằng các đường thẳng đứng. Trục thời gian có hướng từ trên xuống dưới trong biểu đồ, và biểu đồ chỉ ra sự trao đổi thông điệp giữa các đối tượng khi thời gian trôi qua. Các thông điệp được biểu diễn bằng các đường gạch ngang gắn liền với mũi tên (biểu thị thông điệp) nối liền giữa những đường thẳng đứng thể hiện đối tượng. Trục thời gian cùng những lời nhận xét khác thường sẽ được đưa vào phần lề của biểu đồ. Dưới đây là một ví dụ về biểu đồ tuần tự. Hình 2.3.2a: Quá trình đăng nhập ATM Tiếp theo đây, tôi sẽ giới thiệu về các dạng của biểu đồ tuần tự trong UML 2.0. Uml 2.0 đã có sự thay đổi đáng kể vể cách thức biểu diễn biểu đồ tuần tự. Đầu tiên là chú thích trong biểu đồ, đặt tên thành thành phần chú thích trong một khung, thành phần khung được sử dụng như một nền tảng cho UML 2.0[1]. Một thành phần khung cung cấp một ranh giới cho biểu đồ, xác định vị trí và mối quan hệ của các thành phần trong biểu đồ. Dưới đây, là mô tả cho khung. Hình 2.3.2b mô tả một khung cơ bản Với biểu đồ tuần tự, có tất cả 12 loại đoạn gộp được định nghĩa:alt, opt, break, par, seq, strict, neg, critical, ignore, consider, assert, loop . Nhưng trên thực tế chỉ có 4 dạng là được sử dụng chủ yếu đó là : alt,opt, loop và break. Sau đây tôi sẽ trình bày về 4 loại này. 2.3.2.1. Alt Mục đích là tìm kiếm sự lựa chọn tổng thể có thể thay thế lẫn nhau giữa hai hoặc nhiều trình tự thông điệp. Các sự thay thế cho phép sự mô hình hóa cổ điển (if else)“nếu thì” (ví dụ : nếu tôi mua ba thứ thì tôi được giảm giá 15 % ; hoặc tôi được giảm giá 10%). Hình 2.3.2.1 biểu đồ trình tự sử dụng alt 2.3.2.2. Opt Mảng kết hợp opt(sự tùy chọn) được sử dụng để mô hình một trình tự sẽ xảy ra, giả sử trong điều kiện nhất định; nếu không trình tự sẽ không xảy ra. Sự tùy chọn được sử dụng để mô tả một mệnh để đơn giản “if then” (nếu thì) (ví dụ: nếu có ít hơn 5 cái bánh trên bàn thì thêm 2 cái bánh nữa) . Chú thích của mảng kết hợp tùy chọn tương tự đối với mảng kết hợp thay thế, ngoại trừ nó chỉ có một toán hạng và không bao giò có trạng thái “else”. Hình 2.3.2.2 biểu đồ dùng opt 2.3.2.3. Loop Đôi khi bạn sẽ cần một trình tự lặp đi lặp lại. Trong UML 2.0 mô hình hóa một biểu đồ lặp đi lặp lại đã được cải tiến cùng với điều kiện của mảng kết hợp vòng lặp. Hình 2.3.2.3 biểu đồ sử dụng loop 2.3.2.4 . Break Các khung break được dùng thông dụng để mô hình hóa ngoại trừ sự kiểm soát. Hình 2.3.2.4 Biểu đồ sử dụng break Với ví dụ trên, khi kiểm tra điều kiện balance < amount là sai thì thực hiện phần phía sau của đoạn gộp break. Ngược lại, nếu điều kiện là đúng thì đoạn gộp break được thực hiện. khi các thông điệp trong đoạn gộp break được thực hiện hết thì các thông điệp khác bên ngoài không được thực hiện nữa. 2.4. Xây dựng máy trạng thái từ biểu đồ trình tự 2.4.1. Cấu trúc dữ liệu mô tả biểu đồ trình tự Một biểu đồ trình tự gồm nhiều thành phần, trong đó có các thành phần quan trọng như đường sống, các thông điệp được trao đổi giữa các đường sống, các đoạn gộp,… khi miêu tả biểu đồ trình tự ta mô tả như sau: Tên lớp trong mã nguồn chương trình tương ứng với tên một đường sống. Các thông điệp trao đổi giữa các đường sống mô tả đầy đủ các thành phần như một phương thức trong lớp tương ứng ở mã nguồn chương trình. Một phương thức co các thành phần như tên, giá trị trả về, danh sách tham số. Hình 3.1.1 : Altova Umodel mô tả thành phần trong biểu đồ trình tự. Để xậy dựng được máy trạng thái(FSM) đầu tiên cần phải có cấu truc dữ liệu mô tả biểu đồ trình tự. Hai thành phần quan trọng cần xây dựng là đường sống và thông điệp được trao đổi giữa các đường sống. Bằng việc phân tích tài liệu XMI , các lớp mô tả thành phần đường sống và thông điệp giữa các đường sống được cài đặt. Lớp LifeLine mô tả một đường sống. class Lifeline { private String id, className, name; private boolean isMultiObject; String objectName; ///// } Trong tài liệu XMI, một đường sống được định nghĩa trong thẻ lifeline và nó có các thành phần quan trọng như: xmi.id cho biết id của đường sống. name mô tả tên của đường sống. Đối với phương thức trao đổi giữa hai đường sống được cài đặt thông qua lớp Message. Lớp này được cài đặt như sau : public class Message implements Comparable{ private String id, name; private String sendEventId, receiveEventId; String className; Lifeline from, to; String sourceState, targetState; ////////// } Trong tài liệu XMI, môt thông điệp được đặc tả trong thẻ message, với một thông điệp có các thành phần chính như sau : xmi.id mô tả id của thông điệp. name mô tả tên của thông điệp. sendEventId mô tả thành phần nguồn, nơi bắt đầu thông điệp. receiveEventId mô tả nơi đến của thông điệp. from thông điệp được bắt nguồn từ đường sống nào. To thông điệp kết thúc ở đường sống nào. sourceState cho biết trạng thái bắt đầu của thông điệp. targetState cho biết trạng thái kết thúc của thông điệp. 2.4.2. Xây dựng máy trạng thái(FSM) Trong biểu đồ trình tự, các thông điệp được để kế nhau, chúng mô tả thứ tự được gọi của các thông điệp. Việc mô tả các thành phần của máy trạng thái phải mô tả được điều này. Trong máy trạng thái, các tác nhân gây chuyển trạng thái chính là các thông điệp. Do đó, máy trạng thái được sinh ra phải mô tả được thứ tự trước sau của các thông điệp. Do đó, máy trạng thái được sinh ra gồm các thành phần dữ liệu sau : states danh sách các trạng thái của máy trạng thái. events danh sách các thông điệp. firstState trạng thái đầu tiên của máy trạng thái. lastStates tập các trạng thái cuối của máy trạng thái. Thuật toán xây dựng máy trạng thái : Bảng 2.4.2: Thuật toán xây dựng máy trạng thái[2] Stt tên Mô tả 1 input Tài liệu XMI 2 output Máy trangjt hái được sinh ra nếu không thông báo lỗi 3 Các bước thực hiện Khởi tạo fsm, states, events, firstState, lastState. Đọc file XMI, lấy các thành phần cần thiết: thông điệp, trạng thái,… Duyệt từng thông điệp, đưa vào events. Nếu là thông điệp cuối thì thêm trạng thái kết thúc vào lastStates. Nếu là thông điệp bắt đầu , thêm trạng thái nguồn vào firstState. Nếu là thông điệp trung gian, lưu các dữ liệu vào máy trạng thái 2.5. Tổng kết chương Trong chương này, tôi đã trình bày một số khái niệm cơ bản về annotations, AspectJ, annotaions trong AspectJ, UML, biểu đồ trình tự UML 2. Đây là các nền tảng trong khóa luận của tôi. Để xây dụng công cụ sinh Aspect tự động. Đồng thời tôi cũng trình bày thuật toán xây dựng máy trạng thái cơ bản. Chương 3 . Xây dựng cộng cụ tự động sinh Aspect từ máy trạng thái 3.1. Biểu đồ trình tự và các đoạn gộp Trong một biểu đồ trình tự UML2.0, các đoạn gộp là một trong các thành phần quan trọng. Để xây dựng được máy trạng thái thì cần mô tả được đầy đủa các yếu tố này. Có 4 loại đoạn gộp hay được sử dụng là alt, opt, loop, break. Do đó, cần xây dựng cấu trúc dữ liệu để lưu trữ chúng. Áp dụng phương pháp phân tích tài liệu XMI, các lớp mô tả khối gộp như sau. Hình 4.1 Sơ đồ biểu diễn các thành phần khối gộp Lớp CombinedFragment chịu trách nhiệm mô tả một đoạn gộp trong biểu đồ trình tự. Là một trong những thành phần quan trọng trong biểu đồ trình tự của UML2. Trong XMI một đoạn gộp được mô tả trong thành phần fragment với xmi:type="uml:CombinedFragment". Trong thành phần này, một đoạn gộp được mô tả bởi các thành phần như sau : Xmi.Id : cho biết id của đoạn gộp. Name : cho biết tên của đoạn gộp. interactionOperator : cho biết dạng của fragment là alt, loop,break hay opt … Ngoài ra các thành phần xmi.id và xmi.uuid có thể giúp chúng ta tình các message thuộc vào đoạn gộp bằng cách so sánh các id của đoạn gộp với các senEvent của message.Dưới đây là mô tả về lớp CombinedFragment. public class CombinedFragment { String id; Vector message; public Message firstMessageAfterFragment; ////// } Lớp Loop,opt,break các một lớp con của lớp CombinedFragment về cơ bản lớp này kế thừa các thành phần của lớp CombinedFragment. Chúng không có thêm thành phần nào. Để xác định chúng, trong quá trình phần tichs tài liệu XMI chúng ta so sánh thành phần interactionOperator để xác định. Lớp Alt là một lớp con của lớp CombinedFragment, khác với 3 lớp con trên, đôi với alse chúng ta cần quan tâm đến các thành phấn khác của nó. Alt là một mô tả điểu kiện chọn có trên hai điều kiện, chúng ta phải mô tả được điều này.Vì lý do đó, ngoài các thành phần như lớp cha lớp Alt còn có các thành phần Dưới đây là mô tả về lớp Alt. public class Alt extends CombinedFragment{ Vector ifMessage; Vector elseMessage; //} Sau đó, máy trạng thái sẽ được sinh ra như phân tích ở chương 2. 3.2. Sinh Aspect từ biểu đồ trình tự Việc kiểm chứng giao thức trên nhiều lớp đối tượng trong biểu đồ trình tự có thể coi như việc gọi tuần tự các phương thức. Giao thức được mô tả dưới dạng một FSM. Do đó, hành vi chuyển trạng thái là đúng khi: Trạng thái trước đó có gọi hàm chuyển trạng thái không. Điểu kiện chuyển trạng thái có thỏa mãn không. Khi thỏa mãn các điều kiện trên, thì sự chuyển trạng thái được thực hiện đúng và sẽ chuyển qua trạng thái mới. Như vậy, các join-point được xác định các điểm chuyển trạng thái; before advice sẽ chứa các hành vi kiểm tra sự chuyển trạng thái này là đúng hay sai. Sau đó, mã trạng thái được thay đổi; after advice chứa các hành vi kiểm tra điều kiện loop,alt, break, opt và kiểm tra điều kiện dừng. Để tiện cho việc kiểm tra, Trạng thái ban đầu của máy trạng thái ta đặt là “0”, dùng một biến Id để xác định tên các trạng thái hiện tại(ArrayList Id). Tại before, kiểm tra xem phương thức gây biến đổi trạng thái có phải bắt đầu từ một trạng thái có thể hiện tại hay không? Nếu vi phạm thì thông báo lỗi. Sau đó cập nhật lại trạng thái hiện tại. Trạng thái hiện tại được đặt mặc định ban đầu là “0”. Tại after advice. Khi này trạng thái hiện tại đã là trạng thái mới. Khi đó ta kiểm tra xem trạng thái này có thuộc alt, loop, opt hay break không, để đưa ra các hướng giải quyết tương ứng. Nếu nó là một trong các trạng thái kết thúc thì đưa ra thông báo tổng quát về qua trình thực hiện. Thuật toán sinh mã Aspect như sau : Bảng 3.2: Thuật toán sinh mã Aspect Bước Nội dung 1 Duyệt danh sách các trạng thái FSM, lấy các trạng thái rồi lấy tập các thông điệp gây ra biến đổi trạng thái. Dùng các hàm để xử lý các thông điệp này và đưa nó về dạng @Implement * ten_ham(). Sau đó đưa chúng vào pointcut. Việc này giúp chúng ta chỉ cần một pointcut. 2 Duyệt danh sách các trạng thái trong FSM lấy các trạng thái nguồn và các trạng thái đích tương ứng để tạo ra các điều kiện kiểm tra. 3 Tạo các pointcut, advice bằng cách thay thế các xâu tương ứng vừa được tạo ra ở trên vào vị trí cần thiết. 4 Kết hợp pointcut advice thành Aspect cần thiết Việc kiểm chứng cho từng thành phần đoạn gộp của biểu đồ trình tự lại có điểm khác nhau. Đối với break, opt khi trạng thại của chúng được kích hoạt thì ta đưa ra thông báo. Trạng thái kích hoạt một đoạn gộp break hoặc opt là trạng thái đầu tiên cuả nó. Do đó, khi một phương thức nào đó, kích hoạt sự chuyển trạng thái đến trạng thái này thì ta thông báo sự chuyển trạng thái đó. Đối với loop, nó cũng có trạng thái kích hoạt như trên. Nhưng với loop ta cần đếm số lần xuất hiện của nó. Do đó, ta dùng biến có tên dạng loop+ để đếm số lấn. Tại before, khi một trạng thái loop được kích hoạt thì ta tăng số lần đếm nó lên.Ví dụ: ta có một trạng thái kích hoạt loop là “2”. Ta đặt tên cho biến đếm lad loop2 và khởi tạo nó ban đầu là 0. Đối với alt, Tương tự nó có các trạng thái kích hoạt, nhưng khác với loop, break, opt. Với alt có nhiều trạng thái kích hoạt, do đó ta cần chỉ ra nó kích hoạt theo hướng nào. 3.3. Kết luận Trong chương này, tôi đã trình bày về cách xây dựng cấu trúc dữ liệu để mô tả các đoạn gộp. Từ đó, đưa các thông tin về các đoạn gộp vào máy trạng thái. Tại chương này, tôi đã trình bày về phương pháp sinh Aspect từ máy trạng thái để kiểm tra giao thức sinh ra từ biểu đồ tuần tự. Nội dung chính của phương pháp là duyệt qua các trạng thái của FSM, tìm các thành phần tương ứng và đưa vào Aspect dưới dạng các pointcut và các advice. Aspect được đưa ra kiểm chứng được hầu hết các giao thức mô tả bằng biều đồ trình tự UML như vòng lặp loop, lựa chọn một thành phần(opt), lựa chọn nhiều thành phần(đoạn gộp alt) và đoạn gộp break. Đây là mở rộng của UML 2. Aspect được sinh ra sẽ đan vào chương trình nguồn giúp cho việc kiểm chứng cho chương trình Java được thiết kế theo đặc tả của biểu đồ trình tự tương ứng. Chương 4. Thực nghiệm Để minh hoạ cho phương pháp xây dựng công cụ sinh Aspect được giới thiệu trong chương trước, chương này sẽ mô tả chi tiết các bước cài đặt mà tôi đã thực hiện và kết quả kiểm chứng trên một số giao thức thực tế. 4.1. Xây dựng công cụ Sau khi đặc tả giao thức kiểm chứng bằng UML, công cụ altova Umodel hỗ trợ xuất biểu đồ ra dạng XMI và đây chính là đầu vào cho công cụ của tôi. Áp dụng phương pháp đã giới thiệu ở các chương trước, tôi đã cái đặt thành công công cụ tự động sinh Aspect từ tài liệu XMI. Trong phương pháp này tối sử dụng công cụ eclipse và framework JDK để cài đặt công cụ. Giao diện làm việc của eclipse được minh họa như sau : Hình 5.1a : Cài đặt bằng công cụ eclipse Thuật toán cơ bản của phương pháp là việc phân tích tài liệu XMI, xây dựng cấu trúc mô tả các thành phần của biểu đồ trình tự UML. Từ đó, xây dựng máy trạng thái mô tả biểu đồ. Qua việc duyệt danh sách các trạng thái, phân tích tìm vị trí thích hợp của sinh ra xâu chứa nội dung Aspect, xâu Aspect chứa các nội dung tuân theo cấu trúc của Aspect. Về thực chất quá trình này thông qua các thông điệp để xác định nguồn và đích tương ứng mới phương thức được gọi, để sinh ra Aspect. Cài đặt công cụ thông qua các bước : Bước 1 : Tạo ra cấu trúc dữ liệu lưu các thông tin về biểu đồ trình tự. Bước 2 : Cài đặt thuật toán sinh ra máy trạng thái (FSM). Bước 3 : Cài đặt thuật toán sinh tự động Aspect. Hoàn tất quá trình cài đặt trên, tôi thu được công cụ tự động sinh mã kiểm chứng. Về công cụ của tôi, sau khi cài đặt như trên, tôi cài đặt dưới dạng một plugin dành cho eclipse. Với tên “org.eclipse.adj.creattoxmi”, để hoạt động được công cụ, đầu tiên phải copy file “org.eclipse.adj.creattoxmi.jar” vào thư mục “plugins” của eclipse. Khi đó, công cụ của tôi sẽ là một plugin dành cho eclipse, dưới đây là hình mô tả hoạt động của công cụ. Hình 5.1b : mô tả hoạt động của công cụ. Để hoạt động công của của tôi cài đặt, có một số yêu cầu như sau : Thứ nhất : copy file org.eclipse.adj.creattoxmi.jar vào thư mục plugins của eclipse. Thứ hai : import file Implement-Java.jar vào thư viện của project. Các file xmi được để trong một package của project.Mặc định, Aspect được sinh ra sẽ nằm trong package này. Hoạt động: Chọn file xmi cần chuyển qua Aspect. Nhấn ctrl + N Chọn Create Aspect from Xmi Hình 5.1.c : Lựa chọn chức năng Đặt lại tên và địa điểm để aspect nếu cần. Nếu không Aspect được sinh ra có tên trùng với tên của file XMI được chọn và ở trong package chứa file XMI đó. Hình 5.1d: Giao diện đặt tên cho aspect sinh ra Nếu không có file XMI nào được chọn hoặc Aspect không sinh ra được thì sẽ tạo ra một Aspect mặc định không có nội dung bên trong. 4.2. Kiểm chứng một số giao thức thực tế 4.2.1. Kiểm chứng biểu đồ truy cập thông tin cơ bản của một máy ATM 4.2.1.1. Đặc tả giao thức Hình 4.2.1.1. Giao thức truy cập thông tin cơ bản ATM Giao thức mô tả mối quan hệ giữa các lớp User, ATM, Consortium và Branch. Khi một đối tượng User gọi một phương thức getCashOnHand() một dãy các hàm được gọi phải tuân theo giao thức để hoàn thành quá trình. Quá trình được mô tả qua các thứ tự các hàm được gọi như sau : getCashOnHand() -> validateAccoutinfo() -> verifyCardWithBank(int stringCardStrinp) -> getConnected(). 4.2.1.2. Kiểm chứng Sử dụng công cụ altova Umodel tôi vẽ lại giao thức trên. Sau đó, xuất ra dưới dạng tài liệu XMI làm đầu vào cho công cụ. File XMI sinh ra được để trong fackage xmi của project. Khi chạy chương trình mã Aspect được sinh ra như sau : public Aspect ATM{ private boolean isError = false ; // xac dinh tính dung sai cua trang thai private int numError = 0; // xác địn số lỗi hiện tại private ArrayList Id = new ArrayList();//trạng thái hiện tại ArrayList listEnd = new ArrayList();// các trạng thái kết thúc //////////// Pointcut ATMChecked():call(@Implement * getConnected(char)) || call(@Implement * verifyCardWithBank(int)) || call(@Implement * validateAccoutinfo())|| call(@Implement * getCashOnhand()); before() : ATMChecked(){ String nameThisAspect = this.getClass().toString(); nameThisAspect = nameThisAspect.substring( nameThisAspect.lastIndexOf(".") + 1, nameThisAspect.length()); String CallMethod = getNameMethod( thisJoin-pointStaticPart); String AnnotationOfMethod = getAnnotationOfMethod(thisJoin-pointStaticPart); // kiem tra xem phuong thuc duoc goi co duoc dinh nghia de su dung aspect nay //khong if(isPart(nameThisAspect,AnnotationOfMethod) == false) return; if(Id.isEmpty()) Id.add("0"); // khoi tao trang thai ban dau // Dua cac trang thai ket thuc vao danh sach listEnd if(listEnd.isEmpty()){ listEnd.add("4"); } isError = true; // mac dinh la goi thu tu phuong thuc sai ArrayList l = new ArrayList(); ArrayList target = new ArrayList(); // dua cac trang thai co the la trang thai nguon khi goi phuong thuc vao l // dua cac trang thai co the la trang thai ket thuc vao danh sach target if( CallMethod.equals("* getConnected(char)")){ l.add("3"); target.add("4"); } else if( CallMethod.equals("* voidverifyCardWithBank(int)")){ l.add("2"); target.add("3"); } else if( CallMethod.equals("* validateAccoutinfo()")){ l.add("1"); target.add("2"); } else if( CallMethod.equals("* getCashOnhand()")){ l.add("0"); target.add("1"); } setIdIfTrue(l,target); /* kiem tra tinh dung sai cua viec goi phuong thuc, dat lai trạng thai hien tai*/ if(isError == true){ numError ++; System.out.println("goi sai o dong phuong thuc "+ CallMethod +" o dong thu : "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); System.out.println("so loi hien tai : " + numError); Id.clear(); Id = target ; } } after():ATMChecked(){ /*Neu goi moi trang thai ket thuc nao do thi hien thi cac thong tin*/ for(int i = 0; i < listEnd.size(); i ++) if(Id.lastIndexOf(listEnd.get(i)) >=0){ System.out.println("so loi hien tai : " + numError); } } } Lập trình viên phải xây dựng các lớp User, AMT, Consortium với các phương thức cần thiết. Lớp User gồm các phương thức float getCashOnhand() public class User { @Implement("ATM.xmi") float getCashOnhand(){ //do something } } Lớp ATM chứa phương thức : void validateAccoutinfo() và phương thức char getConnected(). Được mô tả như dưới đây. public class ATM { @Implement("ATM.xmi") public char getConnected(){ //do something } @Implement("ATM.xmi") public void validateAccoutinfo() { // do somthing } } Lớp Consortium chứa phương thức void verifyCardWithBank(int stringCardStrinp) .Được cài đặt như dưới đây : public class Consortium { @Implement("ATM.xmi") public void verifyCardWithBank(int stringCardStrinp){ // do something } } Aspect sinh ra được tích hợp vào mã nguồn tự động tại package xmi của project. Tôi được kết quả kiểm thử của một số đầu vào như sau: Test1 : chuỗi gọi hàm: getCashOnhand();validateAccoutinfo(); verifyCardWithBank(0); getConnected(); kết quả : hiển thị thông báo so loi hien tai : 0 Nhận xét : Chuỗi gọi hàm đúng với đặc tả trong giao thức. Chương trình không báo lỗi. Test2 : Chuỗi gọi hàm : getCashOnhand();validateAccoutinfo(); getConnected(); Kết quả : Hình 4.2.1.2b. kết quả Test2 Nhận xét : Chuỗi gọi hàm sai với đặc tả, không chứa phương thức getConnected(). Chương trình báo lỗi và hiện ra thông báo lỗi. Chương trình hoạt động đúng. Test3 : Chuỗi gọi hàm : getCashOnhand();verifyCardWithBank(0); validateAccoutinfo();verifyCardWithBank(0); verifyCardWithBank(0); getConnected(); Kết quả Hình 4.2.1.2c Kết quả Test3 Nhận xét : Chuỗi gọi hàm sai đặc tả : Phương thức verifyCardWithBank(int) gọi trước phương thức validateAccoutinfo(). Chương trình hoạt động chính xác. Như vậy, mới chỉ qua 3 ca kiểm thử đã có thể chứng minh Aspect do công cụ của tôi sinh ra có thể kiểm tra được chính xác giao thức được mô tả trên. 4.2.2 . Kiểm chứng biểu đồ loop 4.2.2.1. Đặc tả giao thức Để minh chứng cho việc dùng Aspect sinh ra để kiểm chứng cho biều đồ dùng loop. Tôi lấy một ví dụ đơn giản. với biểu đồ trình tự được xây dựng như dưới đây. Hình 4.2.2.1. Biểu đồ trình tự dùng loop đơn giản. Phương thức m1() có thể được lặp lại nhiều lần. 4.2.2.2. Kiểm chứng giao thức Aspect được sinh ra. public Aspect Loop{ int loop2 = 0 ; private boolean isError = false ; private int numError = 0; private ArrayList Id = new ArrayList(); ArrayList listEnd = new ArrayList(); //////////////////// pointcut LoopChecked():call(@Implement * m2() )||call( @Implement * m1() )|| call(@Implement * m1())||call(@Implement * m2())||call(@Implement * m()); before() : LoopChecked(){ String nameThisAspect = this.getClass().toString(); nameThisAspect=nameThisAspect.substring(nameThisAspect.lastIndexOf(".") + 1, nameThisAspect.length()); String CallMethod = getNameMethod(thisJoin-pointStaticPart); String AnnotationOfMethod= getAnnotationOfMethod( thisJoin-pointStaticPart ); if(isPart(nameThisAspect,AnnotationOfMethod) == false) return; if(Id.isEmpty()) Id.add("0"); if(listEnd.isEmpty()){ listEnd.add("3"); } isError = true; ArrayList l = new ArrayList(); ArrayList target = new ArrayList(); if( CallMethod.equals("* m2()")){ l.add("2"); target.add("3"); l.add("1"); target.add("3"); } else if( CallMethod.equals("* m1()")){ l.add("2"); target.add("2"); l.add("1"); target.add("2"); } else if( CallMethod.equals("* m()")){ l.add("0"); target.add("1"); } setIdIfTrue(l,target); if(isError == true){ numError ++; System.out.println("goi sai o dong phuong thuc "+ CallMethod +" o dong thu : "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); Id.clear(); Id = target ; } } after():LoopChecked(){ /*Neu trang thai vua den la trang thai loop thi tang bien loop tuong ung them*/ if(Id.lastIndexOf("2")>=0) loop2++; for(int i = 0; i < listEnd.size(); i ++) if(Id.lastIndexOf(listEnd.get(i)) >=0){ System.out.println("vong loop thu 1bat dau bang phuong thuc* m1() duong goi "+loop2+ "lan"); if(numError > 0) System.out.println("so loi hien tai : " + numError); } } }Tiếp theo đây tôi sẽ đưa ra một số test để kiểm tra gia thức này. Test1 : Đầu vào : m() -> m2() Kết quả Hình 4.2.2.2a : kết quả test1 Nhận xét : Đoạn gộp loop không được sử dụng, nó được gọi 0 lần, giao thức đặc tả đúng, không có lỗi. Kết quả đúng. Test2 Đầu vào : m() -> m1() -> m1() -> m2() Kết quả : Hình 4.2.2.2b: kết quả test2 Nhận xét : Trong test này, đoạn gộp loop được kích hoạt, nó được gọi 2 lần, giao thức miêu tả đúng, không có lỗi. Kết quả đúng. Test3 Đầu vào : m1() -> m2() -> m1() -> m1() ->m2() Kết quả : Hình 4.2.2.2c: Kết quả test3 Nhận xét : Do phương thức đầu tên là m() không được gọi mà gọi ngay phương thức m1() là sai, và m1() được gọi sau m2() là sai, do đó có 2 lỗi. Vòng lặp được kích hoạt bằng phương thức m1() , phương thức này được gọi 3 lần. Như vậy kết quả là đúng. Tương tự như đối với loop, tôi đã kiểm thử với alt, break, opt và cho kết quả kiểm tra đúng với đặc tả. 4.2.3 . Kiểm chứng biểu đồ tổng quát 4.2.3.1. Đặc tả giao thức Hình 4.2.3.1: Biểu đồ trình tự sử dụng nhiều đoạn gộp Giao thức trên chứa các đoạn gộp alt, opt, loop, break. 4.2.3.2. Kiểm chứng giao thức Aspect được sinh ra : public aspect All{ int loop2 = 0 ; private boolean isError = false ; private int numError = 0; private ArrayList Id = new ArrayList(); ArrayList listEnd = new ArrayList(); pointcut AllChecked() :call(@Implement * m9())||call(@Implement * m8())||call(@Implement * m6())||call(@Implement * m7())||call(@Implement * m5())||call(@Implement * m4())||call(@Implement * m3())||call(@Implement * m2())||call(@Implement * m1||call(@Implement * m0()); before() : AllChecked(){ String nameThisAspect = this.getClass().toString(); nameThisAspect=nameThisAspect.substring( nameThisAspect.lastIndexOf(".") + 1, nameThisAspect.length()); String CallMethod = getNameMethod(thisJoin-pointStaticPart); String AnnotationOfMethod= getAnnotationOfMethod(thisJoin-pointStaticPart); if(isPart(nameThisAspect,AnnotationOfMethod) == false) return; if(Id.isEmpty()) Id.add("0"); if(listEnd.isEmpty()){ listEnd.add("6"); listEnd.add("10"); } isError = true; ArrayList l = new ArrayList(); ArrayList target = new ArrayList(); if( CallMethod.equals("* m9()")){ l.add("9"); target.add("10"); } else if( CallMethod.equals("* m8()")){ l.add("8"); target.add("9"); } else if( CallMethod.equals("* m6()")){ l.add("6"); target.add("9"); l.add("5"); target.add("7"); } else if( CallMethod.equals("* m7()")){ l.add("6"); target.add("8"); } else if( CallMethod.equals("* m5()")){ l.add("5"); target.add("6"); } else if( CallMethod.equals("* m4()")){ l.add("4"); target.add("5"); l.add("3"); target.add("5"); } else if( CallMethod.equals("* m3()")){ l.add("3"); target.add("4"); } else if( CallMethod.equals("* m2()")){ l.add("2"); target.add("3"); l.add("1"); target.add("3"); } else if( CallMethod.equals("* m1()")){ l.add("2"); target.add("2"); l.add("1"); target.add("2"); } else if( CallMethod.equals("* m0()")){ l.add("0"); target.add("1"); } setIdIfTrue(l,target); if(isError == true){ numError ++; System.out.println("goi sai o dong phuong thuc "+ CallMethod +" o dong thu "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); Id.clear(); Id = target ; } } after():AllChecked(){ if(Id.lastIndexOf("2")>=0) loop2++; /*neu trang thai hien tai la trang thai opt thi thong bao*/ if(Id.lastIndexOf("4")>=0) System.out.println("khoi opt thu 1 bat dau bang * m3() duoc su dung "+" o dong thu : "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); /*Neu trang thai hien tai la trang thai break thi thong bao*/ if(Id.lastIndexOf("6")>=0) System.out.println("khoi break thu 1 bat dau bang * m5() duoc su dung "+" o dong thu : "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); /*thong bao viec khoi alt duoc kich hoat neu trang thai hien tai la trang thai alt*/ if(Id.lastIndexOf("6")>=0){ System.out.println("khoi alt thu 1 bat dau bang * m5() duoc su dung "+" o dong thu : "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); } for(int i = 0; i < listEnd.size(); i ++) if(Id.lastIndexOf(listEnd.get(i)) >=0){ System.out.println("vong loop thu 1bat dau bang phuong thuc* m1() duong goi "+loop2+ "lan"); if(numError > 0) System.out.println("so loi hien tai : " + numError); } } } Tiếp theo đây, tôi sẽ xây dựng một số bài kiểm tra để minh chứng sự hoạt động của aspect sinh ra. Test1 Chuỗi gọi hàm m1() -> m2() -> m3() -> m4 -> m5() Kết quả Hình 4.2.3.2a: Kết quả test1 Nhận xét Chuỗi gọi hàm kết thúc do gọi đoạn gộp break.Khối loop được kích hoạt một lần, khối opt được kích hoạt. Chuỗi thứ tự các thông điệp đúng đặc tả. Kết quả mô tả chính xác. Test2 Chuỗi gọi hàm m1() -> m2() -> m3() -> m4 -> m6() -> m7() -> m8() Kết quả Hình 4.2.3.2b: Kết quả test2 Nhận xét Chuỗi gọi hàm kết thúc ở khối alt, với lựa chọn thứ nhất. Trong ví dụ này, các đoạn gộp loop, alt, opt được sử dụng. Đoạn gộp break không được sử dụng. Chuỗi gọi hàm đúng với đặc tả. Kết quả là đúng. Test3 Chuỗi gọi hàm m1() -> m2() -> m3() -> m4 -> m6() -> m9() -> m10() -> m11() Kết quả Hình 4.2.3.2c: Kết quả test3 Nhận xét Tương tự như ví dụ trên, nhưng khối alt đi theo nhánh thứ hai. Kết quả mô tả đúng. Test4 Chuỗi gọi hàm m2()-> m4() -> m5() Kết quả Hình 4.2.3.2d: Kết quả test4 Nhận xét Đoạn gộp loop, alt, opt không được sử dụng. Chuỗi gọi hàm đúng với đặc tả. Như vậy, kết quả mô tả là đúng. Test5 Chuỗi gọi hàm m1() -> m2() -> m3 -> m4() -> m7() -> m8() Kết quả Hình 4.2.3.2e: Kết quả test5 Nhận xét Chuỗi gọi hàm gọi thiếu hàm m6() so với đặc tả. Kết quả thông báo đúng. Test6 Chuỗi gọi hàm m1() -> m2() -> m3 -> m10() -> m4() -> m6()-> m7() -> m8() Kết quả Hình 4.2.3.2f: Kết quả test6 Nhận xét Chuỗi gọi hàm sai ở 2 điểm : Thứ nhất: gọi sai hàm m10(). Sau hàm m3() lẽ ra phải gọi hàm m4(). Thứ hai: Sau hàm m10() lẽ ra phải gọi hàm m11() nhưng lại gọi hàm m4() Như vậy, kết quả mô tả là đúng. 4.3. Kết luận Trong chương nay, tôi đã trình bày cách cài đặt công cụ của tôi dựa vào phương pháp “Kiểm chứng đặc tả UML”. Mã Aspect được sinh ra từ công cụ sẽ được đan xen vào chương trình trong thời gian chạy. Bước đầu tiên tôi đã kiểm chứng một số giao thức, để cho thấy công cụ của tôi sinh ra được Aspect phù hợp cho việc kiểm chứng. Chương 5. Kết luận Trong quá trình thực hiện khóa luận này, tôi đã tìm hiểu những kiến thức cơ bản về kiểm chứng phần mềm. Từ đó tôi đã phát triển phương pháp kiểm chứng dựa trên AOP và xây dựng công cụ tự động sinh Aspect. Với sự phát triển từ công cụ PVG(Protocol Verification Generator), với mục tiêu kiểm chứng đặc tả cho UML. Tôi đã thay đổi để có thể kiểm chứng các đặc tả dùng cho UML 2, và khả năng tự động sinh ra Aspect có thể nói đã hoàn thiện, Ở công cụ PVG mới chỉ giải quyết được các giao thức đơn giản. Ở khóa luận này của tôi, tôi đã giải quyết được các trường hợp đa giạng, với các biểu đồ được thiết kế bằng UML 2 chứ không phải bằng Agent UML như ở công cụ PVG nữa. Trong phương pháp này, Aspect được sinh ra se cắt ngang hệ thống để kiểm tra trong quá trình hoạt động. Từ biểu đồ trình tự UML được xuất ra dưới dạng tài liệu XMI. Tiếp đó, tiến hành phân tích tài liệu XMI để xây dựng máy trạng thái (FSM),. FSM sinh ra sẽ được xử lý để tạo lên Aspect cuối cùng phục vụ cho việc kiểm chứng. Áp dụng phương pháp này, tôi xây dựng công cụ có khả năng kiểm chứng cho các đoạn gộp cơ bàn của biểu đồ trình tự là đoạn gộp alt, opt, loop, break. Tuy nhiên, tôi cũng vấp phải một số khó khăn trong quá trình thực hiện khóa luận như: Đối với các đoạn gộp trọng biểu đồ trình tự có thể có các điều kiện được kích hoạt khác nhau. Để có thể xử lý được thì cần phải biết được các thành phần trong điều kiện lấy ở đâu, do phương thức nào trả lại. Với các đặc tả trong UML2 và sự hạn chế của tài liệu XMI chưa thể giúp tôi giải quyết được vấn đề này. Hơn nữa, khi một hệ thống càng nhiều thành phần thì tài liệu XMI càng phức tạp, với các đoạn gộp không đan nhau thì công cụ của tôi có thể kiểm chứng được. Nhưng khi, trong thành phần chứa nhiều đoạn gộp lồng nhau như đoạn gộp loop lồng đoạn gộp alt thì tôi chưa giải quyết được. Từ những vấn đề tồn tại trong khóa luận này, trong tương lai tôi sẽ tiếp tục hướng nghiên cứu này nhằm xây dựng hoàn thiện công cụ để đáp ứng mọi yêu cầu. Hướng phát triển gần nhất là phát triển công cụ của tôi để giải quyết vấn đề ràng buộc các đoạn gộp lồng nhau trong biểu đồ UML 2. Bên cạnh đó, tôi sẽ nghiên cứu và tìm phương pháp sinh mã Aspect không chỉ phụ thuộc vào tài liệu XMI mà còn phụ thuộc vào các ràng buộc điều kiện được mô tả bằng các dạng dữ liệu khác nhằm tăng tính ứng dụng của công cụ của tôi đối với công cụ sản xuất phần mềm hiện nay. Phụ lục Phụ lục A : Tài liệu XMI mô tả biểu đồ trình tự 99713c9e-7097-4599-bc9d-3dc0f6bcf849 Các tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Ba. Phát triển hệ thống hướng đối tượng với UML 2.0 và C++.2008,tr.33. [2]Vũ Sỹ Vương. KIỂM CHỨNG ĐẶC TẢ UML CHO TÁC TỬ PHẦN MỀM. Khóa luận tốt nghiệp.Hà Nội,2009 [3] Anh-Hoang Truong, Thanh-Binh Trinh, Dang Van Hung, Viet-Ha Nguyen Nguyen Thi Thu Trang, and Pham Dinh Hung. “Checking Interface Interaction Protocols Using Aspect-Oriented Programming”. SEFM' 08, Cape Town, South Africa, November 10-14, 2008. [4] R. Laddad. AspectJ in Action Practical Aspect-Oriented Programming. Manning Publications Co., 2003. [5] R. S. Pressman. Software Engineering, A Practitioner’s Approach, 5th edition. Thomas Casson, 2001.