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个案分析研究之聊天室UML模型的一致性

  摘要

  本文从初始需求开始构建聊天室模型,以及对个案进行研究。在不同的开发阶段,分别要用到UML类图、时序图和状态图。这样,难免需要确定一致性问题,现在已经提出了许多仿真和方法,用来确保模型各个方面的一致性。我们关注内部一致性,即给定模型内部制品之间的一致性问题。

  1 简介

  软件系统的开发过程通常会被划分成一些步骤,每个步骤会用到不同的UML图。由于建模系统变得越来越复杂,一致性问题就越发突出起来。而在其中,有两种类型或问题更为显著。第一,内部一致性问题,涉及给定模型内部制品之间的一致性。第二,系统之间一致性问题,涉及软件开发过程中不同演化模型之间的一致性。我们主要关注于内部一致性问题。

  不同的文献提出了不同的形式化方法,用来自动检查一致性,发现设计当中存在的问题。在下面几节里,我们分步研究了一个聊天室的开发过程。本文的灵感来源于Agder大学Geir Melby完成的一次项目报告(http://fag.grm.hia.no/ikt2340/year2002/)。这个模型提出了一些潜在的一致性问题。对于它们当中的部分内容,也给出了自动化的一致性检查方法。

  在这份案例研究中,我们从需求开始开发了一个聊天室模型。第二节给出了客户、管理器对象以及聊天室之间的通信协议,作为初始需求。第三节研究了一个可能的类的设计,它定义了符合协议的接口。第四节中给出的时序图进一步定义和描述了组件之间的通信,并保持与类设计之间的一致性。第五节使用状态图更进一步地确定应用程序的行为。这份规程可以在我们的SVM(状态图虚拟机)环境中实时地进行仿真或执行。在第六节中,讨论了协议规程与仿真迹的一致性。第七节进行总结。

  2 通信协议

  我们将要创建的聊天室程序是按照客户机/服务器范型来架构的。客户会随机连接聊天室。如果某个聊天室接收了客户,客户就会发送消息给这个聊天室。然后聊天室广播每条消息,除了发送者以外,每个与聊天室建立连接的客户都会收到一份拷贝。

  下面将要描述一个特定的简化了的用例:

  系统包括五个客户和两个聊天室。客户端最初没有连接。每隔一到三秒(非均匀分布),它们都会随机连接一个聊天室。被请求的聊天室同时收到请求(假定没有网络延时,并且通信可靠)。

  一个聊天室至多接收三个客户。当且仅当容量没有超标时聊天室才会接收连接。

  发出请求的客户会立刻收到接收或拒绝通知。

  在客户可以发送聊天信息之前必须被一个聊天室接收。

  连接建立之后,客户会每隔一到五秒(非均匀分布)给它所连接的聊天室发送随机消息。聊天室会立即接收消息,它将耗时一秒钟来处理接收到的消息,并把它广播给除发送者之外的所有连接客户。

  客户会同时收到广播。为了简化起见,我们不讨论没有连接的情况。

  3 类的设计

  根据上面的规定,显然我们需要两个类:Client和ChatRoom。在开发过程早期阶段,对于仿真来说无需用户干预,我们明确地按照随机过程对用户行为(连接请求和聊天信息)进行建模。以后,客户模型将会被与软件打交道的真实客户所代替。仿真开始时,会初始化五个Client实例和两个ChatRoom实例。

  我们还加入了一个singleton类:Manager。Manager以仲裁者的身份中继组件之间的所有通信。这种中央控制措施将会帮助截取系统传递的所有消息,使用它们就可以检查模型的正确性。

  图一描述了由这三个类组成的UML类图。

  ChatRoom提供两个方法处理到达的事件。request处理来到的请求,每个请求都有参数clientID和roomID。ChatRoom把接收或拒绝通知发回拥有全局ID标识clientID的发送者。它也使用参数roomID来决定请求是发给它自己还是发给另外一个聊天室了1。send方法接收由客户clientID发送的消息msg。这条msg将会在一秒钟之后被广播出去。

  Client的方法accept和reject处理到达的接收和拒绝通知。参数clientID用来确定目标客户。当一个Client接收到一个broadcast事件,它会检查自己是否在clients集合中。如果情况确实如此,消息msg就会在输出中被打印出来。

  Manager中继连接请求、接收和拒绝通知、来自客户的消息以及聊天室的广播。例如,如果它收到来自聊天室的广播,有三个参数会告诉它消息最初的发送者(客户),广播者(聊天室)以及消息字符串。然后它把消息发给所有连接在聊天室中的,除了最初发送者以外的客户。

  

  图一 类的设计

  尽管这种API定义不是形式化的,但接口背后的行为还是很容易理解的。但是,检查协议的一致性会有些困难,甚至是不可能的,原因如下:

  行为隐藏在接口背后,它只能在理解的基础上进行解释。

  协议是用自然语言表达的,程序不可能很容易地处理。

  对于一个定义完好的系统来说,会有许多接口设计。它们可能有相当大的不同。例如,本设计中用Manager类来拦截通信。另一项设计可能会使用RequestManager来拦截请求、接收和拒绝,用MessageManager来拦截消息和发送广播。更有另外一种设计可能根本就不会使用任何管理器。

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