一种基于Petri网的面向方面的用例建模方法

华东理工大学学报(自然科学版)Journal of East China University of Science and Technology (Natural Science Edition )Vol.36No.22010204收稿日期:2009203220基金项目:国家自然科学基金(60473055,60773094);上海市曙光计划(07SG32)作者简介:孙晓星(19812),女,河南人,博士生,研究方向:面向方面的软件开发。

E 2mail :sunxiaoxing @ 通讯联系人:虞慧群,E 2mail :yhq @ 文章编号:100623080(2010)022*******一种基于Petri 网的面向方面的用例建模方法孙晓星1,2,　虞慧群1,2,　范贵生1(1.华东理工大学计算机科学与工程系,上海200237;2.上海市计算机软件评测重点实验室,上海201112) 摘要:对传统的用例建模方法进行扩展,并针对用例描述的文本语言中经常出现的二义性、冲突以及遗漏信息的问题,提出一种基于Pet ri 网的面向方面的用例建模方法。

构建了从面向方面用例模型到面向方面Pet ri 网模型的映射规则,引入面向方面的形式化的建模与分析技术,并利用时态逻辑检验织入时机的正确性。

最后给出实例和分析,验证了该方法的有效性。

关键词:面向方面;用例;Pet ri 网;时态逻辑中图分类号:TP311文献标志码:AA Petri N et 2B ased Approach to Aspect 2Oriented UseC ase ModelingS U N X i ao 2x i ng1,2,　YU H ui 2qun1,2,　FA N Gui 2shen g1(1.Dep artment of Com p uter S cience an d Engi neeri ng ,East Chi na U ni versit y of S cience and Technolog y ,S hang hai 200237,Chi na;2.S hang hai Key L aboratory of Com p uter S of tw areEv al uati ng and Testi n g ,S hang hai 201112,Chi na )Abstract :Aspect 2oriented modeling technique can identify and validate cro sscutting concerns in t he early stages of t he software develop ment.This paper p resent s an Petri net 2based approach for aspect 2oriented modeling so as to solve t he problems of ambiguity ,cont radiction ,omissio n usually found in t he text ual form of use case descriptions.In addition ,t he mapping rules to derive an aspect 2oriented Pet ri net f rom t he use case diagram ,which is analyzed by temporal logic ,are proposed to formalize t he modeling and analysis app roach.Finally ,a case is provided to demonst rate and analyze t he modeling met hod.K ey w ords :aspect 2oriented ;use case ;Pet ri net ;temporal logic 面向方面建模(Aspect 2Oriented Modeling ,AOM )提供了在软件开发初期对横切关注点进行识别、表示和组合的方法,对开发后期的工作起到了驱动和指导作用,因此需要有能验证其正确性的形式化方法。

UML 是面向对象建模中广泛采用的标准建模语言,因此对UML 进行扩展的AOM 方法具有重要的应用价值。

用例从用户的角度描述一个系统的功能,使用最终用户代表的语言(通常就是自然语言)。

在表述用例的文本语言中,经常会出现二义性、矛盾以及遗漏掉的表述与信息,所以需要有验证其正确性的形式化方法。

Pet ri 网是具有严格数学基础、用来对软件进行建模和验证的工具,它有清晰、精确的形式化语义,并且已存在许多工具支持它的分析、模拟与执行,适合对方面织入后系统的静态性质及动态行为进行分析与验证。

J acobson [1]提出了使对等用例和扩展用例同方面保持分离的方法,引入了扩展切入点的概念来捕获基本用例中的扩展点。

但是扩展点需要同时在基842本用例中明确指出,从而增加了扩展用例与基本用例之间的依赖性。

文献[2]提出横切用例来建模横切关注点,但也需要同时在基本用例和横切用例中显式声明扩展点,灵活性受到了限制,而且缺乏形式化的分析与验证。

文献[3]引入了一种新的语言结构Aspect U,在用例层面上进行面向方面的建模扩展,并且构造了方面语言Aspect SD用于序列图的建模。

但新元素的引入造成建模与模型性质分析的复杂性。

文献[4]引入<<asepct>>关系对UML 进行扩展,通过映射到Pet ri网来支持方面织入的形式化,但基本用例的描述基于严格的语法描述,增加了建模的复杂性,而且到Pet ri网的转换规则不够清晰。

本文基于用例模型现有的构造,引入方面用例,定义其描述形式,再将基本用例和方面用例分别转换为基本网和方面网,给出了具体的转换规则。

将方面网与基本网合成得到面向方面的Pet ri网模型,并用时态逻辑检验方面织入时机的正确性。

1　面向方面的用例建模1.1　用例建模基本概念在传统的用例方法[5]中,一个系统的预期行为被刻画为一系列用例的集合。

用例模型包括用例、角色以及它们之间的关系。

用例图是对用例模型的图形描述。

用例之间最主要的关系有包含(<< include>>)、扩展(<<extend>>)和泛化(<< generalizatio n>>)。

每一个用例至少包括一个系统要提供给角色的功能,称为关注点。

用例规约用文本方式对每一个用例进行详细描述,主要包含基本事件流、备选事件流、扩展点以及前置条件和后置条件。

1.2　方面用例建模本文引入方面用例(Aspect U se Case,AUC)来描述横切关注点。

新的用例模型由基本用例(Base U se Case,BUC)和方面用例组成。

基本用例规约保持不变,包含与扩展关系的原始用法保留。

方面用例包括了面向方面编程(Aspect2Orien2 ted Programming,AOP)[6]实现中的基本特性。

AO P将那些横切多个模块的行为封装到方面(Aspect)中,然后织入基本模块。

除了方面的概念,基本的概念还有连接点(Join point)、切入点(Point2 cut)、建议(Advice)以及引入(Int roductio n)。

Join point是程序执行中的一个精确执行点;Pointcut定义了一个捕获连接点的结构,根据定义的规则选择连接点执行Advice;Int roduction向基本模块中引入新成员。

Advice定义了匹配切入点定义的一个连接点处要执行的附加代码。

根据织入的时机, Aspect[7]中有3种类型的Advice:(1)Before advice:在连接点之前执行代码;(2)After advice:在连接点的操作完成后执行代码;(3)Around advice:在到达连接点且建议中定义的条件满足时代替连接点执行代码。

一个方面用例规约包括名称、切入点(Point cut)、建议流(Advice flow)(可包括基本事件流和备选事件流)、前置条件和后置条件。

图1为一个方面用例的描述形式。

将建议流映射为上述AOP中3种类型的Advice。

其中备选事件流为可选项,在必要时添加。

Aspect Use Case Name:AUC_namePrecondition:preconditionPostcondition:postconditionAdvice Flows:before/after/around advice flowsBasic Flows:1.Step12.Step2……[Alternative Flows:]1.Step12.Step2……Pointcut Designation:pointcutexpression图1　方面用例描述Fig.1　Aspect use case description 定义1　一个切入点表达式用BN F语法定义为:pointcut_designation∷=〈jp〉[","〈pointcut_desig2 nation〉]jp∷=〈BUC_name〉.〈step〉step∷=〈bas|alt|ep〉.〈step_num〉step_num∷=1|2|3…|n其中:jp表示一个连接点,具体映射到基本用例BUC中基本事件流(bas)、备选事件流(alt)、扩展事件流(ep)的一个步骤;pointcut可包含多个连接点jp,中间用“,”隔开。

一个切入点是一个连接点的集合,每一个连接点引用基本用例中的基本事件流和备选事件流的步骤。

基本用例无需知道在哪些位置应用了方面用942第2期孙晓星,等:一种基于Petri网的面向方面的用例建模方法例。

图2为基于用例描述的面向方面的用例图表示,在此引入<<crosscut >>关系表示方面用例对基本用例的横切关系。

方面用例将在基本用例中匹配pointcut _designation 定义的连接点处插入建议流,插入的时机分别为Before ,After ,Around。

图2　面向方面的用例图Fig.2　Aspect 2oriented use case diagram2　用例模型到Pet ri 网转换2.1　相关定义与概念定义2　满足下列条件的三元组P N =(P ,T ,F )称作一个Pet ri 网[8]:(1)P 是一个非空有限的库所集合;(2)T 是一个非空有限的变迁集合;(3)F <(P ×T )∪(T ×P )是库所和变迁的流关系。