專利名稱：：一種用于檢測組合服務(wù)中并發(fā)安排不當(dāng)?shù)幕锇榉?wù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于基于服務(wù)的軟件開發(fā)過程的軟件質(zhì)量保障領(lǐng)域，是一種用于輔助查錯的靜態(tài)分析方法。
背景技術(shù)：
：面向服務(wù)的軟件體系結(jié)構(gòu)(S0A)，因其具有異構(gòu)系統(tǒng)互操作性、遺留系統(tǒng)重用性與松耦合性，而得到業(yè)界普遍接受。基于Web服務(wù)的軟件開發(fā)作為S0A具體實現(xiàn)也已成為常見的軟件開發(fā)方法。在這種軟件開發(fā)方法中，服務(wù)組合是生成新服務(wù)與構(gòu)建應(yīng)用的重要方式。服務(wù)組合方式之一是用Web服務(wù)業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言(WS-BPEL)將多個稱為伙伴服務(wù)的服務(wù)組裝成組合服務(wù)，該組合服務(wù)作為服務(wù)可與其它服務(wù)構(gòu)成新的組合服務(wù)，組合服務(wù)所提供的服務(wù)由這些伙伴服務(wù)之間合作完成?；锇榉?wù)可分布在具有自主計算能力的不同系統(tǒng)中，為提高組合服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，應(yīng)盡可能安排相關(guān)的伙伴服務(wù)并發(fā)執(zhí)行。伙伴服務(wù)之間可能存在復(fù)雜關(guān)系，從而導(dǎo)致描述組合服務(wù)的程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外由于流程執(zhí)行語言本身特點，通常用業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言描述的組合服務(wù)的程序可讀性很差，服務(wù)開發(fā)人員很難直接用業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言編寫組合服務(wù)。目前設(shè)計組合服務(wù)大都借助于圖形設(shè)計工具，這些工具能自動將設(shè)計結(jié)果轉(zhuǎn)化成由業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言所描述的程序；然而在現(xiàn)存的圖形設(shè)計工具中，人工編排多個伙伴服務(wù)執(zhí)行順序、設(shè)置伙伴服務(wù)屬性、及指定它們間各種約束關(guān)系通常涉及多個視圖區(qū)，合理正確地安排好所涉及的伙伴服務(wù)實屬不易，不合理安排可能導(dǎo)致所得程序存在諸如死鎖、活鎖、執(zhí)行不可達活動、接收消息沖突、將不能并發(fā)執(zhí)行的伙伴服務(wù)安排成并發(fā)執(zhí)行(可能導(dǎo)致錯誤發(fā)生)、以及將可并發(fā)執(zhí)行的伙伴服務(wù)沒有安排成并發(fā)執(zhí)行(可能導(dǎo)致該組合服務(wù)質(zhì)量下降)等錯誤；人工檢查這些不當(dāng)?shù)姆?wù)安排代價很大。為方便見，本文后面將不能并發(fā)執(zhí)行的伙伴服務(wù)安排成并發(fā)執(zhí)行、以及將可并發(fā)執(zhí)行的伙伴服務(wù)沒有安排成并發(fā)執(zhí)行的稱為與并發(fā)相關(guān)的伙伴服務(wù)不當(dāng)安排。學(xué)術(shù)界用模型檢測的方法(如C.Ouyang，E.Verbeek，W.M.P.vanderAalst,S.Breutel,M.Dumas,andA.H.M.terHofstede.FormalsemanticsandanalysisofcontrolflowinWS-BPEL.ScienceofComputerProgramming,67(2-3)162-198,2007.)檢測用業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言所描述的組合服務(wù)是否存在死鎖、活鎖、執(zhí)行不可達活動、接收消息沖突等錯誤。目前沒有解決并發(fā)相關(guān)的伙伴服務(wù)不當(dāng)安排的技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在檢測用WS-BPEL描述組合服務(wù)中與并發(fā)相關(guān)的伙伴服務(wù)不當(dāng)安排，即檢測將不能并發(fā)執(zhí)行的伙伴服務(wù)安排成并發(fā)執(zhí)行、以及將可并發(fā)執(zhí)行的伙伴服務(wù)沒有安排成并發(fā)執(zhí)行的安排?；趯M合服務(wù)消息流的靜態(tài)分析導(dǎo)出伙伴服務(wù)的依賴關(guān)系，據(jù)此得到伙伴服務(wù)安排正確與合理的判別依據(jù)，從而有效地解決了檢測組合服務(wù)中與并發(fā)相關(guān)的伙伴服務(wù)安排不當(dāng)?shù)膯栴}。本發(fā)明的主流程如圖4所示，具體包括如下四個步驟第一步構(gòu)造組合服務(wù)的消息傳播圖(MPG)。其流程如圖5所示。消息傳播圖是一個有向圖，用于表示在不同伙伴服務(wù)中通信的消息之間一種依賴關(guān)系，其頂點表示消息，有向邊表示其所連接的兩消息之間直接傳播關(guān)系。組合服務(wù)中消息直接傳播關(guān)系有四種1.消息A部分或全部信息復(fù)制到消息B，則稱消息A直接傳播到消息B。2.組合服務(wù)同步調(diào)用一個伙伴服務(wù)。在過程執(zhí)行語言中用帶有一個輸入消息與輸出消息(Invoke類型)的活動(Activity)完成同步調(diào)用，若輸入消息為A且輸出消息為B，則稱消息A直接傳播到消息B。3.組合服務(wù)異步調(diào)用一個伙伴服務(wù)。在過程執(zhí)行語言中用具有相同的伙伴鏈接的兩個活動來實現(xiàn)異步調(diào)用一個伙伴服務(wù)，其中一個活動只有一個輸入消息(Invoke類型)，另一個只有輸出消息(Receive類型)；若輸入消息為A，輸出消息為B，則稱消息A直接傳播到消息B。4.組合服務(wù)為其用戶(其它服務(wù))提供異步服務(wù)。在過程執(zhí)行語言中用具有相同的伙伴鏈接的兩個活動來提供異步服務(wù)，其中一個活動只有一個輸出消息(Receive類型)，另一個活動只有輸人消息(R印Iy類型)；若輸出消息為A，輸人消息為B，則稱消息A直接傳播到消息B。若消息A直接傳播到B，則在消息傳播圖中存在一條有向邊由表示消息A的頂點指向表示消息B的頂點。通過解析描述組合服務(wù)的WS-BPEL程序，可以得到所有上述四種直接傳播關(guān)系，這些直接傳播關(guān)系及與傳播關(guān)系相關(guān)聯(lián)的所有消息構(gòu)成該組合服務(wù)的消息傳播圖。第二步構(gòu)造與伙伴服務(wù)相關(guān)的活動之間依賴關(guān)系圖(ADG)。處理流程如圖6所7J\ο以下提到的活動都僅跟伙伴服務(wù)相關(guān)，與之無關(guān)的其它活動都不在所要構(gòu)造的ADG中。活動依賴關(guān)系圖(ADG)是一個有向圖，用于表示在不同活動之間一種因數(shù)據(jù)耦合或其它約束而存在的一種依賴關(guān)系，其頂點表示活動，有向邊表示其所連接的兩個活動之間執(zhí)行時間順序關(guān)系，有向邊的起始頂點所表示的活動必須先于該邊終點所表示的活動運行。組合服務(wù)中與伙伴服務(wù)有關(guān)的活動存在兩種依賴關(guān)系1.若活動S輸出消息為A，活動T輸入消息為B，且在組合服務(wù)的消息傳播圖MPG中存在一條有向路徑P，P的起始點是消息A所對應(yīng)的頂點，終點是消息B所對應(yīng)的頂點，則稱活動T依賴于活動S。2.若活動S與活動T存在鏈接(LINK)關(guān)系，且活動S是鏈接的源(SOURCE)，T是鏈接的目標(TARGET)，則稱活動T依賴于活動S。若活動T依賴于活動S,則在活動依賴關(guān)系圖中存在一條有向邊由表示活動S的頂點指向表示活動T的頂點。通過解析描述組合服務(wù)的WS-BPEL程序，可以得到上述兩種依賴關(guān)系所有關(guān)系，這些依賴關(guān)系及與依賴關(guān)系相關(guān)聯(lián)的所有活動構(gòu)成該組合服務(wù)的活動依賴關(guān)系圖ADG。第三步構(gòu)造可并發(fā)運行的活動序列組的隊列Q。其處理流程如圖7所示。隊列Q包含若干活動序列組，每一活動序列組G包含若干個活動序列，每一活動序列L包含若干與伙伴服務(wù)有關(guān)的活動。隊列Q具有如下性質(zhì)1.屬不同活動序列組中的活動不能并發(fā)運行；2.同一活動序列組中不同活動序列間的活動可以并發(fā)運行；3.同一活動序列組中屬同一活動序列中的活動只能順序運行。通過對第二步所得活動依賴關(guān)系圖ADG作若干遍如下處理直至ADG為空時即可得隊列Q，其中每一遍處理可得到一個活動序列組G，每一遍處理過程如下1.將集合G置為空；2.對于ADG中每一個入度為零的頂點U，在ADG中求一條有向路徑P，P中的頂點所代表的活動依有向邊的方向組成一活動序列L，將L并入G中；所求的有向路徑P滿足條件[1]若U的出度不等于1，P只包含一個頂點U;[2].若U的出度等于1，則路徑P=UV1-VnV滿足Vk的入度與Vk的出度都等于1；V的入度等于1且V的出度大于1，或V的入度與出度都等于1但V后繼頂點的入度大于1；3.將2所得G插入隊列Q，并將G中頂點及與之相連的邊從ADG中刪除掉，得到新ADG。第四步檢測并發(fā)相關(guān)不當(dāng)安排的活動。檢查描述組合服務(wù)的WS-BPEL程序中，被安排成并發(fā)運行的活動中是否存在若干活動分屬不同活動序列組，或雖屬同一個活動序列組但卻在同一活動序列中；若存在，則這些活動即屬于把不能并發(fā)執(zhí)行伙伴服務(wù)安排成并發(fā)執(zhí)行，從而可能導(dǎo)致錯誤發(fā)生。同樣，檢查描述組合服務(wù)的WS-BPEL程序中，被安排成順序運行的活動中是否存在若干活動屬同一活動序列組，若存在，則這些活動即屬于把可并發(fā)執(zhí)行的伙伴服務(wù)沒有安排成并發(fā)執(zhí)行，從而可能導(dǎo)致該組合服務(wù)質(zhì)量下降。本發(fā)明的有益效果本方法可單獨作為一款工具或一個插件集成到基于業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言的服務(wù)開發(fā)集成開發(fā)環(huán)境，輔助開發(fā)人員自動檢測組合服務(wù)中可能存在并發(fā)相關(guān)的伙伴服務(wù)不當(dāng)安排，即時排除因?qū)⒉荒懿l(fā)執(zhí)行伙伴服務(wù)安排成并發(fā)執(zhí)行而可能導(dǎo)致錯誤、以及將可并發(fā)執(zhí)行的伙伴服務(wù)沒有安排成并發(fā)執(zhí)行而可能導(dǎo)致該組合服務(wù)質(zhì)量下降等失誤，以提高所設(shè)計服務(wù)的質(zhì)量。圖1=Travel的消息傳播圖(MPG)；圖2=Travel的活動依賴圖(ADG)；圖3=Travel的可并發(fā)運行的活動序列組的隊列Q；圖4主流程圖；圖5解析BPEL程序并構(gòu)造消息傳播關(guān)系集合的流程圖；圖6解析BPEL程序并根據(jù)MPG構(gòu)造活動依賴關(guān)系圖的流程圖；圖7構(gòu)造并發(fā)運行的活動序列組的隊列Q流程圖；其中圖1圖3為實施例中所使用的圖形。具體實施例下面通過一個具體的例子對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明并不僅適用于以下例子。下面是一個Travel服務(wù)，它是一個提供旅游服務(wù)的組合服務(wù)，當(dāng)它接收到一個包含公司某員工信息的客戶請求時，Travel向名為Employee的伙伴服務(wù)發(fā)出查詢該員工可享受旅行等級(travelclass)的服務(wù)請求，隨后它根據(jù)Employee返回的旅行等級分別向AmericanAirline與DeltaAirline伙伴服務(wù)查詢滿足旅行等級的機票信息，并根據(jù)查詢結(jié)果，將票價低的機票信息返回給客戶。下面代碼是服務(wù)Travel用WS-BPEL實現(xiàn)的核心片段。1.<sequence>2.〈receivepartnerLink=“client“3.portType=“trvTravelApprovalPT“4.operation=“TravelApproval“5.variable=“TravelRequest“createlnstance=“yes“/>6.<assignXcopyXfromvariable=“TraveIRequest“part=“employee“/>7.<tovariable=“EmployeeTravelStatusRequest“part=“employee“/>8.</copy></assign>9.<invokepartnerLink=“employeeTravelStatus“10.portType=“empEmployeeTravelStatusPT“11.operation=“EmployeeTravelStatus“12.inputVariable=“EmployeeTravelStatusRequest“13.outputVariable=“EmployeeTravelStatusResponse“/>14.<assign><copy>15.<fromvariable=“TravelRequest“part=“flightData"/>16.<tovariable=“FlightDetails"part="flightData"/></copy><copy>17.<fromvariable="EmployeeTravelStatusResponse"part="travelClass"/>18.<tovariable="FlightDetails"part="travelClass"/></copy></assign>19.<fIowXinvokepartnerLink="AmericanAirlines"20.portType="aln:FlightAvaiIabilityPT"21.operation="FlightAvailability"22.inputVariable="FlightDetails"/>23.〈receivepartnerLink="AmericanAirlines"24.portType="aln:FlightCalIbackPT〃25.operation="FlightTicketCallback"26.variable="FlightResponseAA"/></flow>27.<invokepartnerLink=〃DeltaAirlines"28.portType="aln:FlightAvaiIabilityPT"29.operation="FlightAvailability“30.inputVariable=“FlightDetails"/>31.〈receivepartnerLink=“DeltaAirlines“32.portType=“aln:FlightCalIbackPT"33.operation=“FlightTicketCallback"34.variable=“FlightResponseDA"/>35.<switch><casecondition=“...“>36.<assign><copy><fromvariable=“FlightResponseAA"/>37.<tovariable=“TravelResponse“/></copyX/assignX/case><otherwise>38.<assign><copy><fromvariable="FlightResponseDA"/>39.<tovariable="TravelResponse"/></copyX/assignX/otherwiseX/switch>40.<invokepartnerLink=〃client"41.portType="trv:ClientCalIbackPT"42.operation="ClientCallback"43.inputVariable="TravelResponse"/>44.</sequence>下面應(yīng)用本方案檢測來Travel中不當(dāng)安排的伙伴服務(wù)。1.構(gòu)造組合服務(wù)Travel的消息傳播圖(MPG)為便于描述，用記號(A，B)表示消息A直接傳播到消息B。解析Travel程序可得所有消息如表1所示表1.Trave1中消息及編號消息編號I消息名V1TravelRequestV2EmployeeTravelStatusRequestV3EmployeeTraveIStatusResponseV^FlightDetailsV5FlightResponseAAV6FlightResponseDAV7TravelResponse根據(jù)本方法第一步中四種情形，通過檢查Travel程序中所有的消息對，可得如下的所有消息傳播關(guān)系集合{(V1,v2),(v2,V3),(V1,V4),(v3,V4),(ν4,ν5),(v4,v6),(ν5,ν7),(ν6,ν7)}該關(guān)系可用消息傳播圖(MPG)來表示，如圖1。2.構(gòu)造Travel中與伙伴服務(wù)相關(guān)的活動之間依賴關(guān)系圖(ADG)為便于描述，用記號(S，T)表示活動T依賴于活動S。解析Travel程序可得所有活動如表2所示。表2.活動及其編號<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>根據(jù)本方法第二步中兩種情形及步驟1所得消息傳播圖(MPG)，通過檢查Travel程序中所有的活動對，可得如下的所有活動依賴關(guān)系集合<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>該關(guān)系可用活動依賴圖(ADG)來表示，如圖2。3.構(gòu)造Travel可并發(fā)運行的活動序列組的隊列Q根據(jù)本方法第三步，可得如下的可并發(fā)運行的活動序列組的隊列QKa1M，{<a2>}，{<a3,a4>,<a5，a6>}，{<a7>}該結(jié)果可用圖3直觀地表示。該隊列表示DTravel中各活動必需依其所在的組的先后順序依次執(zhí)行，即依I，II，III，IV次序執(zhí)行。2)組內(nèi)各活動序列間可并發(fā)運行，如活動序列<a3，a4>與序列<a5，a6>可并發(fā)執(zhí)行。3)活動序列內(nèi)部各活動只能按順序執(zhí)行，如活動a3執(zhí)行才能執(zhí)行a4。4.檢測Travel中并發(fā)相關(guān)不當(dāng)安排的伙伴服務(wù)。根據(jù)步驟3所得結(jié)果，檢查Travel程序可得如下結(jié)果DTravel中19行到26行所包含的兩個活動(它們分別對應(yīng)于a3與a4)安排可能有誤，即這兩個活動不能安排成并發(fā)執(zhí)行。2)Travel中19行到26行所包含的兩個活動(它們分別對應(yīng)于a3與a4)與27行到34行所包含的兩個活動(它們分別對應(yīng)于a5與a6)安排可能不當(dāng)，即這兩個活動序列能安排成并發(fā)執(zhí)行。根據(jù)服務(wù)Travel描述，容易驗證上述結(jié)論是正確。雖然通過實施例詳細描述了本發(fā)明用于檢測組合服務(wù)中并發(fā)安排不當(dāng)?shù)幕锇榉?wù)的方法，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于實施例中所公開的內(nèi)容和范圍，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和精神范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明進行各種變換、修改和替換。權(quán)利要求一種用于檢測WS-BPEL的組合服務(wù)中并發(fā)安排不當(dāng)?shù)幕锇榉?wù)的方法，主要包括以下步驟第一步構(gòu)造組合服務(wù)的消息傳播圖；第二步構(gòu)造與伙伴服務(wù)相關(guān)的活動之間依賴關(guān)系圖；第三步構(gòu)造可并發(fā)運行的活動序列組的隊列；第四步檢測并發(fā)相關(guān)不當(dāng)安排的活動。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于消息傳播圖是一個有向圖，用于表示在不同伙伴服務(wù)中通信的消息之間一種依賴關(guān)系，其頂點表示消息，有向邊表示其所連接的兩消息之間直接傳播關(guān)系。3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，組合服務(wù)中消息直接傳播關(guān)系有四種a)消息A部分或全部信息復(fù)制到消息B，則稱消息A直接傳播到消息B；b)組合服務(wù)同步調(diào)用一個伙伴服務(wù)，若輸入消息為A且輸出消息為B，則稱消息A直接傳播到消息B；c)組合服務(wù)異步調(diào)用一個伙伴服務(wù)，若輸入消息為A，輸出消息為B，則稱消息A直接傳播到消息B；d)組合服務(wù)為其用戶提供異步服務(wù)，若輸出消息為A，輸人消息為B，則稱消息A直接傳播到消息B；通過對WS-BPEL程序進行解析，能夠得到上述四種傳播關(guān)系，從而構(gòu)建出完整的消息傳播圖。4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于活動依賴關(guān)系圖是一個有向圖，用于表示在不同活動之間一種因數(shù)據(jù)耦合或其它約束而存在的一種依賴關(guān)系，其頂點表示活動，有向邊表示其所連接的兩個活動之間執(zhí)行時間順序關(guān)系，有向邊的起始頂點所表示的活動必須先于該邊終點所表示的活動運行。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，組合服務(wù)中與伙伴服務(wù)有關(guān)的活動存在兩種依賴關(guān)系I)若活動S輸出消息為A，活動T輸入消息為B，且在組合服務(wù)的消息傳播圖中存在一條有向路徑P，P的起始點是消息A所對應(yīng)的頂點，終點是消息B所對應(yīng)的頂點，則稱活動T依賴于活動S；II)若活動S與活動T存在鏈接關(guān)系，且活動S是鏈接的源，T是鏈接的目標，則稱活動T依賴于活動S；通過解析描述組合服務(wù)的WS-BPEL程序，能夠得到上述兩種依賴關(guān)系所有關(guān)系，這些依賴關(guān)系及與依賴關(guān)系相關(guān)聯(lián)的所有活動構(gòu)成該組合服務(wù)的活動依賴關(guān)系圖。6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，可并發(fā)運行的活動序列組的隊列包括以下性質(zhì)屬不同活動序列組中的活動不能并發(fā)運行；同一活動序列組中不同活動序列間的活動可以并發(fā)運行；同一活動序列組中屬同一活動序列中的活動只能順序運行。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，可并發(fā)運行的活動序列組隊列的獲取方法如下1)將集合G置為空；2)對于活動依賴關(guān)系圖中每一個入度為零的頂點U，在活動依賴關(guān)系圖中求一條有向路徑P，P中的頂點所代表的活動依有向邊的方向組成一活動序列L，將L并入G中；所求的有向路徑P滿足條件若U的出度不等于1，P只包含一個頂點U；若U的出度等于1，則路徑P=mv"vnv滿足vk的入度與vk的出度都等于1；v的入度等于1且v的出度大于1，或V的入度與出度都等于1但V后繼頂點的入度大于1；3)將2)所得G插入隊列Q，并將G中頂點及與之相連的邊從原活動依賴關(guān)系圖中刪除掉，得到新的活動依賴關(guān)系圖；4)循環(huán)執(zhí)行上述步驟，直至活動依賴關(guān)系圖為空，即可得到所需隊列。8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于檢查并發(fā)不當(dāng)安排的方法是，檢查描述組合服務(wù)的WS-BPEL程序中，被安排成并發(fā)運行的活動中是否存在若干活動分屬不同活動序列組，或雖屬同一個活動序列組但卻在同一活動序列中，若存在，則這些活動即屬于把不能并發(fā)執(zhí)行伙伴服務(wù)安排成并發(fā)執(zhí)行；同時，檢查描述組合服務(wù)的WS-BPEL程序中，被安排成順序運行的活動中是否存在若干活動屬同一活動序列組，若存在，則這些活動即屬于把可并發(fā)執(zhí)行的伙伴服務(wù)沒有安排成并發(fā)執(zhí)行。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于檢測組合服務(wù)中并發(fā)安排不當(dāng)?shù)幕锇榉?wù)的方法，屬于基于服務(wù)的軟件開發(fā)過程的軟件質(zhì)量保障領(lǐng)域，是一種用于輔助查錯的靜態(tài)分析方法。該方法包括首先，構(gòu)造組合服務(wù)的消息傳播圖；其次，構(gòu)造與伙伴服務(wù)相關(guān)的活動之間依賴關(guān)系圖；再次，構(gòu)造可并發(fā)運行的活動序列組的隊列；最后，檢測并發(fā)相關(guān)不當(dāng)安排的活動。本方法可單獨作為一款工具或一個插件集成到基于業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言的服務(wù)開發(fā)集成開發(fā)環(huán)境，輔助開發(fā)人員自動檢測組合服務(wù)中可能存在并發(fā)相關(guān)的伙伴服務(wù)不當(dāng)安排，以提高所設(shè)計服務(wù)的質(zhì)量。文檔編號G06F11/00GK101833481SQ20101017236公開日2010年9月15日申請日期2010年5月14日優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日發(fā)明者倪一濤,張路,梅宏申請人:北京大學(xué)