Web服务测试技术综述

第31卷第1期2010年1月

微　计　算　机　应　用

M I CROCOMP UTER APP L I CATI O NS

Vol131No11

Jay12010 W eb服务测试技术综述3

冯细光　刘建勋

(湖南科技大学知识处理与网络化制造湖南省普通高校重点实验室　湘潭　411201)

(南京大学计算机软件新技术国家重点实验室　南京　210000)

摘要:面向服务的体系结构(S OA)已成为基于W eb的分布式系统的主要发展趋势。W eb服务作为实现S OA的一种形式,已得到广泛的关注与应用。由于W eb服务为基于开放和通用的协议与平台,其服务质量与可信等均可能存在问题,这将会阻碍W eb服务的发展。W eb服务进行充分测试可保证W eb服务的质量,然而由于W eb服务所具有的特点,传统的软件测试技术方法不再适用于W eb服务的测试,所以对W eb服务测试方法和技术的研究成为当务之急。本文在S OA体系结构基础上,讨论了W eb服务测试的难点和W eb服务测试的基本方法,分析了目前W eb服务测试的研究现状。最后,展望了未来可能的研究方向。

关键词:面向服务体系架构(S OA)　W eb服务　W eb服务测试

Rev i ew on W eb Serv i ce Testi n g Technolog i es

FENG Xiguang,L IU J ianxun

(Key Laborat ory of Knowledge Pr ocessing and Net w orked Manufacture,Hunan University

of Science and Technol ogy,Xiangtan,411201,China)

(State Key Laborat ory of Novel Computer Soft w are Technol ogy,Nanjing University,Nanjing,210000,China)

Abstract:Service O riented A rchitecture(S OA)has beco me the maj or trend for devel op ingW eb-based distributed syste m s recently1A s a for m of S OA,W eb services have app lied more and more widely1Ho wever,the quality ofW eb service p resents a barrier t o widening the app licati on ofW eb services1Theref ore,it is necessary t o testW eb service in order t o ensure the quality of W eb service1Due t o the u2 nique characteristics of W eb services,traditi onal s oft w are testing techniques are no l onger suitable forW eb service testing,s o it is neces2 sary t o studyW eb service testing methods and technol ogies1This paper talks about the difficulty of testingW eb service based on S OA and the basic W eb service testing methods1It als o analyzes the related research articles on testing W eb services1A t last,it concludes the shortages of the current research methods and technol ogies and point out s o me future research directi ons on testingW eb services1 Keywords:S OA,W eb service,W eb service testing

1　引言

S OA已成为基于W eb分布式系统的主要发展趋势。W eb服务采用S OA体系架构,引入了一种新的W eb应用开发、部署和集成的模式,是实现各种异构平台上应用间的互操作的主要技术。目前,W eb服务已经受到了广泛的应用,无论是平台供应商、解决方案供应商、技术供应商,还是服务提供商都纷纷在自己的平台、解决方案中加入W eb服务。在这样的形势下,W eb服务的质量成为了最为关注的问题。一旦某一W eb

本文于2009-08-31收到。

3本文得到国家自然科学基金(编号:90818004)、湖南省科技计划项目(编号:2007GK3054)和南京大学计算机软件新技术国家重点实验开放基金的资助。

　

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服务存在严重的质量问题,将可能给使用者造成不可估量的损失与危害,因此,需要对W eb服务的质量进行评估。对W eb服务质量评估的一个有效方法为测试。但是传统的软件测试方法与技术难以适应W eb服务的测试的需求,这主要体现在几个方面:①W eb服务在发布之前很难对其实际的运行场景进行预测;②W eb 服务基于接口进行设计与实现,对用户不提供源代码,只能进行黑盒测试;③W eb服务的应用通常涉及到服务提供者、代理者和使用者三种角色,他们都需要参与到测试中来;④多个W eb服务可以在运行时动态的组合成一个新的W eb服务,需要对合成服务进行集成测试。目前,国内外已经开始对W eb服务测试进行研究并取得了一些初步的研究成果。本文研究了W eb服务测试所面临的主要问题,总结和分析了现有的W eb 服务测试研究方法与技术,并对未来可能的研究方向进行了初步的探讨。

2　W eb服务基本概念

W eb服务是一个通过URL识别的软件应用程序,其界面与绑定使用X ML文档定义、描述和发现,使用基于I nternet协议上的消息传递方式与其他应用程序直接交互。W eb服务是一种全新的技术架构,其主要的核心技术包括:简单对象访问协议(S OAP)、W eb服务描述语言(W S DL)和统一描述、发现和集成协议(UDD I)。S OAP[1]是调用W eb服务的协议,提供了应用程序和W eb服务之间的通信手段。W S DL是描述W eb服务的格式,W eb服务采用W S DL[2]语言来描述。UDD I[3]提供了一个开放平台独立的技术框架,来使企业之间能在互联网上找到对方的服务,定义它们在I nternet上的交互活动,以及这些信息的共享方式。

3　W eb服务测试的难点与基本方法

311　W eb服务测试的难点

由于W eb服务的动态特征和分布式特点,任何人都可以在任何时间、任何地点发布、注册和请求W eb 服务,因此给W eb服务测试带来了很多挑战。W eb服务测试研究的难点主要集中在以下几个方面。

(1)在W eb服务测试过程中,首先遇到的问题就是怎么产生测试案例。传统方法采用手工输入测试案例进行测试是非常耗时的,因此必须自动化的产生测试案例。但是由于W eb服务提供的W S DL文档只包括一些基本的参数信息,很难只根据这些信息产生有效的测试数据,因此,自动化产生测试案例是一个主要的难点。

(2)由于W eb服务是一个封装的软件,需要构建W eb服务客户端来进行测试。每一次的W eb服务测试都需要进行W eb服务的调用,因此,当执行的测试案例数量庞大的时候,就会存在大量的W eb服务调用,这就必然会导致网络负载的增加,从而引起测试时间延长、测试效率降低等现象。因此,怎样提高测试效率也是测试的一个难点。

(3)由于单个的W eb服务不能满足日益变化的业务需求,因此,需要把单个的W eb服务组合在一起形成一个新的W eb服务来满足客户的需要。这种组合的W eb服务具有多样性、分布性与动态性等特征,这给测试带来了新的挑战。

(4)由于W eb服务所支持的业务经常需要改变,W eb服务也需要经常快速的升级或修改。但是服务使用者并不知道服务已经发生了改变,一般情况下都采用回归测试。然而,手工的回归测试方法越来越不能满足W eb服务的动态变化的需求,因此,需要进行自动化的回归测试。而怎样进行自动化的回归测试也成为了一个难点。

(5)测试进行到什么时候才算是进行了一次充分的测试,因此怎样分析测试的覆盖率来判断是否对W eb服务进行了充分的测试也是一个难点。

(6)在S OA的体系架构下,W eb服务通常会涉及到服务提供者、服务代理和服务请求者这三种角色,他们应共同的参与到测试过程中来,但是由于他们之间的分布式协作的特性使得测试的组合和管理变得更加困难[4]。

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(7)W eb服务都是以W S DL文档进行发布,这一做法增加了W eb服务的安全隐患,加大了系统被攻击

的机会。因此,对W eb服务进行测试还需考虑安全性问题。

312　W eb服务测试的基本方法

由于W eb服务涉及到服务提供者,服务中介者和服务客户端,因此他们都需要参与到测试中来。服务提供者拥有服务实现的源代码,可以进行黑盒和白盒的充分测试。但是在服务提供者方进行的测试不能真实反映实际的运行情况,比如,网络负载,客户端的数量等等。因此需要在服务中介者和服务客户端进行进一步的测试,特别是在服务客户端。服务客户端是W eb服务的直接使用者,在客户端进行测试对整个W eb 服务质量评估是非常重要的。因此测试也主要基于客户端进行。W eb服务测试的基本方法如下:

(1)功能测试。W eb服务测试的基础是功能测试。W eb服务功能测试就是判断对正确的用户请求能否做出正确的响应。跟传统的功能测试不一样,由于服务消费者不拥有W eb服务实现的源代码,因此需构建客户端程序进行黑盒测试。它发送S OAP请求消息调用W eb服务,把返回的信息和期望的结果进行比较,验证W eb服务的功能。目前,有很多针对W eb服务功能测试的方法,大部分的方法主要是通过变化的输入的数据进行测试,例如,Sa mer Hanna[5]提出了基于缺陷技术的方法来测试W eb服务的功能,进一步验证W eb服务的鲁棒性。它利用输入参数的边界值,无效等价类划分,违反输入参数的说明规则来产生测试数据,利用这些产生的测试数据进行功能测试,分析测试结果。

(2)负载测试。除了对W eb服务进行基本的功能测试之外,还需要进行性能测试,测试W eb服务性能的一个比较好的方法就是对W eb服务进行负载测试。通过模拟多个虚拟的客户端在同一时间段内进行W eb服务调用来测试W eb服务能够处理的最大请求数和分析请求返回的响应时间来判断W eb服务的性能。

(3)回归测试。由于W eb服务所支持的业务经常需要改变,所以W eb服务也必须快速的调整,比如升级,修改等。然而服务使用者并不知道服务已经进行了修改,因此这些修改的部分也必须经过快速的验证。除了新增功能的正确性,还必须保证每一个修改的部分不会影响原有的功能。一个通常的做法就是进行回归测试。而回归测试的一个关键问题就是怎样减少进行回归测试的次数,当越来越多的测试案例增加到测试案例组的时候,如果选择所有现存的测试案例进行回归测试,将会非常耗时。文献[6,7]提出了一个安全回归测试选择(RTS)方法来选择测试案例。安全回归测试技术能够在不降低测试完整性的情况下减少回归测试的次数,提高回归测试的效率。

4　W eb服务测试工具

在进行W eb服务测试的时候,通常都需要有一个测试客户端,多数情况下我们必须花大量精力来编写和调试自己的客户端,并且往往缺乏通用性。因此必须使用W eb服务测试工具根据W S DL的URL地址自动产生客户端进行W eb服务测试。目前市场上有部分的W eb服务测试工具,比较优秀的测试工具有S OA t2 est[8],S OA P U I[9],Rati onal Tester[10]。这些测试工具都提供图形化的界面方便用户使用。它们允许用户导入W S DL文档,手动创建和编辑测试案例,运行测试案例和检查结果。其中的一些工具还能够根据W S2 DL文档所包含的信息,用随机、等价类划分、边界值分析等方法自动化的产生一些测试数据。但是仅仅根据W S DL文档中的类型定义产生的测试数据有大多数是无效的,降低了探测错误的效率。因此,为了提高探测错误的效率,一些研究人员也设计了自己的测试工具[11]。

5　W eb服务测试技术研究现状

目前,国内外已经对W eb服务测试做了大量的研究,并且取得了一定进展。具体的介绍如下:

(1)测试案列产生。为了实现自动化的W eb服务测试,首要的要求是能自动的获得测试案例。文献[12]提出了一个基于W S DL文档的自动测试案例产生的方法,它主要是通过对数据类型进行语法分析,结

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合一个数据类型的约束定义的知识库,利用随机和边界值的方法来产生测试数据。这个方法只涉及到定义在W S DL文档中结构和类型信息,因此产生的测试案例大多数是随机的和无效的测试案例。文献[13]提出了一个基于决策表的方法来产生测试案例,它利用W eb服务语义描述语言(W S DL-S[27])对W S DL文档增加了语义注释,将操作表述为输入、输出、前置条件和后置条件,然后分析这些语义标注的条件,利用有限决策表的方法产生测试案例,这种有限决策表的方法能够在满足W eb服务测试要求的情况下达到减少测试案例的目的。文献[14]提出了一个实际方法来产生测试数据,它通过W S DL文档中的数据类型和用户自定义的约束规则产生测试数据,该方法能产生有效的测试数据,提高测试效率。文献[15]提出了一个基于模型方法和O WL-S来产生测试案例,它应用语义W eb服务过程模型来建模W eb服务测试过程,使用Petri-Net模型来捕获O WL-S过程的结构和行为,具体的测试案例从两方面产生:①测试步骤的产生是通过遍历Petri-Net各种执行路径,②测试数据产生是通过对I O PE(输入,输出,前置条件和后置条件)本体进行推理产生。

(2)合约测试。合约是一种规约、契约。合约可以在运行时被检查,便于捕获W eb服务执行过程中的一些故障,提高W eb服务的测试效率。W eb服务中的合约用来表示服务提供者和服务我使用者相互的义务和利益,可区分软件失效时的责任。常见的合约种类有:前置条件、后置条件和不变式。前置条件表明方法正确运行所需的条件或限制,若是违反前置条件,则是使用者处存在错误;若是遵守了前置条件而导致错误,则是提供者处存在错误。文献[16]提出了基于合约的方法测试W eb服务,它继承了传统的合约概念(前置条件,后置条件,不变式),使用OWL-S过程模型描述合约,通过检查W eb服务是否满足它的合约,来测试W eb服务。它的测试原理是:根据W eb服务的输入域和合约中的前置条件来产生测试案例,然后运行这些测试案例得到实际的输出,将实际的输出结果和合约中的后置条件进行比较来验证W eb服务的正确性。

(3)变异测试。变异测试是使用变异算子对软件进行作用,从而产生许多不同的软件版本,称为“变异体”。当变异体的运行结果不同于源程序的运行结果时,称该变异体被杀死。当执行完所有的变异体后,测试者将获得两方面的信息:①被杀死的变异体数目;②未被杀死的变异体,其在功能上等价于源程序,称为等价变异体。变异测试使用变异充分度(被杀死的变异体数目与非等价的变异体数目的比值)来衡量测试输入集的充分性程度。文献[17]提出了基于合约变异的W eb服务测试技术,首先根据W S DL文档采用随机法自动生成初始测试数据,然后使用合约变异技术进行测试数据的选择,据此可以生成一组达到一定合约变异充分度的有效测试数据,从而提高W eb服务的测试质量和效率。文献[18]提出了数据变异的方法来进行测试,数据变异包括数据值变异和合作变异,它通过变异请求消息中的数据和分析响应的消息进行测试。文献[19]提出了一个基于本体的变异分析方法,它对OWL-S说明进行变异,包括数据变异、条件变异、控制流变异和数据流变异。

(4)划分测试。划分测试是通过把W eb服务所有可能的输入数据域划分成若干部分,从每一部分中选取少数有代表性的数据作为测试用例,用少量有代表性的测试数据得到比较好的测试效果,可有效减少测试次数,极大提高软件测试效率。划分测试的性能主要取决于合适的划分选择。文献[20]提出了一个基于本体的划分测试方法,它使用OWL-S对W eb服务进行语义描述,然后通过对本体中类的属性和关系的计算推理产生初始测试数据,利用划分测试的方法对其进行划分,使用划分后得到的测试数据进行测试。

(5)组合W eb服务测试。单个的W eb服务不能满足日益变化的业务需求,需要把单个的W eb服务组合在一起形成一个新的W eb服务来满足客户的需要。这种组合的W eb服务具有多样性、分布性与动态性等特征,给测试带来了一定的难度。文献[21]使用模型检测的方法对BPE L4W S描述的组合服务进行测试,它通过转换BPE L4W S模型到TTP N模型,自动的验证和分析业务流程。文献[22]提出了一个基于W S-BPE L 的W eb服务结构化测试方法来测试W eb服务组合,该方法提出了一个测试模型来抽象W S-BPEL过程的控制流,使用业务过程建模标记法(BP MN)标注的控制流图(BCFG)来表示W S-BPEL过程的控制流,通过遍历这个控制流图得到流程的测试路径和测试案例来验证W eb服务的组合。

(6)组测试技术。对于一个给定的功能说明,许多W eb服务可能都满足这个功能说明。因此当组合一

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个新的W eb服务时候,就可能存在很多种满足要求的组合。例如,假设一个组合服务由6个原子服务组成,而每一个原子服务可以从10个有着相同功能描述的候选服务中选择,那么就可能会产生106种组合服务,如果对每一种组合都进行测试那么就需要花费大量的时间。文献[23-25]提出了组测试技术的方法。组测试技术的原理是:使用相同的测试脚本对有着相同功能描述的W eb服务进行测试,得到每个W eb服务的测试输出,通过比较它们的输出来确定W eb服务的输出标准。文献[23]假设错误的W eb服务通常会产生和正确W eb服务不一致的结果,然后通过一个多数投票算法,确立输出标准,将不满足这个输出标准的W eb 服务排除出去。然而即使正确的W eb服务都有可能会产生轻微不同的输出,而文献[23]提出的多数投票算法不能将轻微不同的输出和真正错误区分开来。文献[24]提出了一个随机投票算法进行W eb服务组测试,这个投票机制可以将输出看作是一个给定的范围,这样就区分了轻微不同的输出,并且它采用了模拟退火算法来查找输出最优解,提高了确立输出标准的效率。运用组测试技术能够排除不正确的候选服务,减少组合的次数,达到减少测试时间的目的。

(7)基于移动代理的测试。为了提高测试的效率和减少测试所花费的时间,文献[26]提出了一种基于移动代理的方法来测试W eb服务。移动代理是一个可以在异构网络上的主机之间自主迁移和独立运行的计算机程序,它通过寻找合适的计算资源,利用和这些资源同处一台主机或子网的优势,快速的执行任务。基于移动代理测试W eb服务的流程是:在本地主机和远程W eb服务之间建立一个H tt p链接,携带测试案例的移动代理到达远程W eb服务端之后,释放这个H tt p链接,执行W eb服务调用,调用完成之后,收集测试结果信息,然后再重新建立一个H tt p链接将携带测试结果信息的移动代理传送回本地。传统的W eb服务测试方法在整个的测试场景中都需要维持H tt p链接,而基于移动代理的方法只需要在移动代理迁移的时候建立H tt p链接,并且所有

W eb服务端的本地调用而不是传统的远程调用。这样当测试案例非常多的时候,基于移动代理的方法将大大的减少测试的总时间和网络负载,提高了测试的效率。

6　现有W eb服务测试技术的不足与发展方向

目前,对W eb服务测试的研究已经取得了一定的进展,但是还是存在很大的不足。首先,根据现有的方法自动产生的测试案例不够精确,存在很多的冗余,增加了测试所用的时间。其次,对组合的W eb服务测试还处在初级阶段,主要都是基于分析W S-BPEL和OWL-S的文档的流程结构进行测试,对测试在运行时动态组合的W eb服务还存在着很大的不足。再次,对分布式的协作测试也还处于研究阶段。因此,未来的发展方向包括几个方面:①进一步完善测试自动化技术,使自动化产生的测试案例更加精确有效。②对W eb服务的动态组合的测试需进行进一步的研究。③建立完整的分布式环境下的测试过程模型,使在分布式的环境下,通过使用多种不同分工的测试代理完成测试任务。④对W eb服务的安全测试方面需进行更进一步的研究。⑤对W eb服务和S OA架构的可靠性和可信性进行研究。

7　结束语

随着W eb服务技术日趋成熟、稳定,W eb服务的应用也越来越广泛。然而,W eb服务的质量阻碍了W eb 服务技术的发展。因此,对W eb服务进行质量评估是非常重要的。测试作为质量评估的一个重要手段,在评估质量方面起到了重要的作用。目前,对W eb服务测试做了大量的研究,并取得了一定的进展,但是还存在很多方面的不足。本文讨论了W eb服务测试的难点和W eb服务测试的基本方法,分析了目前W eb服务测试的研究现状,指出了现有W eb服务测试技术的不足并展望了未来的研究方向。

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作者简介

冯细光,男,硕士生,主要研究方向:服务计算、W eb服务。

刘建勋,男,教授,博士,主要研究方向:服务计算、工作流、知识与语义网络。

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