Khóa luận Kiểm chứng mô hình Aspect-Uml bằng Alloy

Mục Lục

1 Chương 1 : MỞ ĐẦU 5

1.1 Đặt vấn đề 5

1.2 Cấu trúc khóa luận 5

2 Chương 2: Giới thiệu về mô hình UML và lập trình hướng Aspect 6

2.1 Mô hình UML (Unifined Model Language) 6

2.1.1 Lịch sử phát triển của UML 6

2.1.2 Ứng dụng của mô hình UML 8

2.1.3 Các loại biểu đồ UML 11

2.2 Ngôn ngữ ràng buộc đối tượng (OCL) 12

2.3 Lập trình hướng khía cạnh (Aspect Oriented Programming) 14

2.3.1 Phương pháp lập trình hướng khía cạnh 14

2.3.2 Các khái niệm trong Aspect 20

3 Chương 3: Kiểm chứng mô hình Aspect-UML 22

3.1 Giới thiệu về Alloy 22

3.1.1 Alloy là gì? 22

3.1.2 Tính chất của ngôn ngữ alloy 22

3.1.3 Cấu trúc một chương trình Alloy 23

3.1.4 Khai báo trong alloy 23

3.2 Đặc tả mô hình Aspect-UML trong Alloy 27

3.2.1 Mô hình Aspect UML 27

3.2.2 Mô hình viễn thông 29

3.2.3 Đặc tả mô hình Aspect UML bằng Alloy 31

3.2.4 Kiểm chứng mô hình Aspect UML sử dụng Alloy 36

4 Chương 4 : Kết luận 39

 

 

doc41 trang | Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 2211 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Khóa luận Kiểm chứng mô hình Aspect-Uml bằng Alloy, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
n hệ hay CSDL hướng đối tượng. Việc các yêu cầu có khả năng thường xuyên thay đổi trong quá trình phát triển hệ thống dẫn đến việc các cấu trúc và hành vi của hệ thống được xây dựng có thể khác mô hình mà ta đã xây dựng. Điều này có thể làm cho một mô hình tốt trở nên vô nghĩa vì nó không còn phản ánh đúng hệ thống nữa. Cho nên phải có một cơ chế để đồng bộ xhóa giữa mô hình và mã lệnh. UML cho phép cập nhật một mô hình từ các mã thực thi ( ánh xạ ngược). Điều này tạo ra sự nhất quán giữa mô hình của hệ thống và các đoạn mã thực thi mà ta xây dựng cho hệ thống đó. UML là ngôn ngữ dùng để lập và cung cấp tài liệu Một tổ chức phần mềm ngoài việc tạo ra các đoạn mã lệnh( thực thi) thì còn tạo ra các tài liệu sau: Ghi chép về các yêu cầu của hệ thống Kiến trúc của hệ thống Thiết kế Mã nguồn Kế hoạch dự án Test Các nguyên mẫu … Các loại biểu đồ UML Biểu đồ lớp(class diagram) Bao gồm một tập hợp các lớp, các giao diện, các collaboration và mối quan hệ giữa chúng. Nó thể hiện mặt tĩnh của hệ thống. Biểu đồ đối tượng(Object diagram) Bao gồm một tập hợp các đối tượng và mối quan hệ giữa chúng. Đối tượng là một thể hiện của lớp, biểu đồ đối tượng là một thể hiện của biều đồ lớp. Biểu đồ use case Khái niệm actor: là những người, hệ thống khác ở bên ngoài phạm vi của hệ thống mà có tương tác với hệ thống. Biểu đồ Use case bao gồm một tập hợp các Use case, các actor và thể hiện mối quan hệ tương tác giữa actor và Use case. Nó rất quan trọng trong việc tổ chức và mô hình hóa hành vi của hệ thống. Biểu đồ trình tự(Sequence Diagram) Là một dạng biểu đồ tương tác (interaction), biểu diễn sự tương tác giữa các đối tượng theo thứ tự thời gian. Nó mô tả các đối tượng liên quan trong một tình huống cụ thể và các bước tuần tự trong việc trao đổi các thông báo(message) giữa các đối tượng đó để thực hiện một chức năng nào đó của hệ thống. Biểu đồ hợp tác (Collaboration) Gần giống như biểu đồ Sequence, biểu đồ Collaboration là một cách khác để thể hiện một tình huống có thể xảy ra trong hệ thống. Nhưng nó tập trung vào việc thể hiện việc trao đổi qua lại các thông báo giữa các đối tượng chứ không quan tâm đến thứ tự của các thông báo đó. Có nghĩa là qua đó chúng ta sẽ biết được nhanh chóng giữa 2 đối tượng cụ thể nào đó có trao đổi những thông báo gì cho nhau. Biểu đồ chuyển trạng thái (Statechart) Chỉ ra một máy chuyển trạng, bao gồm các trạng thái, các bước chuyển trạng và các hoạt động. Nó đặc biệt quan trọng trong việc mô hình hóa hành vi của một lớp giao diện(interface class) hay collaboration và nó nhấn mạnh vào các đáp ứng theo sự kiện của một đối tượng, điều này rất hữu ích khi mô hình hóa một hệ thống phản ứng(reactive). Biểu đồ hoạt động(Activity) Là một dạng đặc biệt của biểu đồ chuyển trạng. Nó chỉ ra luồng đi từ hoạt động này sang hoạt động khác trong một hệ thống. Nó đặc biệt quan trọng trong việc xây dựng mô hình chức năng của hệ thống và nhấn mạnh tới việc chuyển đổi quyền kiểm soát giữa các đối tượng. Biểu đồ thành phần (Component) Chỉ ra cách tổ chức và sự phụ thuộc của các thành phần(component). Nó liên quan tới biểu đồ lớp, trong đó một thành phần thường ánh xạ tới một hay nhiều lớp, giao diện , collaboration. Ngôn ngữ ràng buộc đối tượng (OCL) OCL (Object constraint language) là ngôn ngữ xây dựng mô hình phần mềm được định nghĩa như một chuẩn thêm vào UML cho phân tích và thiết kế hướng đối tượng . Các biểu thức viết trong OCL phụ thuộc vào các kiểu lớp, giao diện, …) được định nghĩa trong các biểu đồ UML. Các biểu thức viết trong OCL thêm các thông tin quan trọng cho các mô hình hướng đối tượng. Các thông tin này thường khôn thể biểu diễn trong biểu đồ. Trong UML phiên bản 1.1 các thông tin này được giới hạn bởi các ràng buộc, mỗi ràng buộc được định nghĩa như một hạn chế về giá trị nhận được( một hay nhiều) của mộ hệ thống hay mô hình hướng đối tượng. Trong UML phiên bản 2, một mô hình có thể chứa nhiều thông tin thêm hơn là chỉ có ràng buộc. Tất cả các công việc như định nghĩa truy vấn, các giá trị tham chiếu, các quy tăc nghiệp vụ hay các điều kiện trạng thái được viết bằng biểu thức trong một mô hình. OCL là ngôn ngữ chuẩn trong đó các biểu thức được viết một cách rõ ràng dễ hiểu. Một mô hình thường có những thiếu sót do những hạn chế của các biểu đồ. Một biểu đồ đơn giản không thể biểu diễn hết các phát biểu đặc tả. Hình 2: Mô hình UML không biểu diễn hết đặc tả Trong mô hình, quan hệ giữa lớp Flight và lớp Person , phía lớp Person có bản số là 0…* tức là số khách hang là không giới hạn. Trong thực thế số khách hàng bị giới hạn bởi số ghế mà máy bay có, và giới hạn này không thể biểu diễn trong biểu đồ. Trong ví dụ này có một cách chỉ định ràng buộc về bản số thể hiện là thêm vào biểu đồ ràng buộc OCL sau: context Flight inv: passengers->size() <= plane.numberOfSeats. Lập trình hướng khía cạnh (Aspect Oriented Programming) Phương pháp lập trình hướng khía cạnh Có lẽ các khái niệm về lập trình hướng khía cạnh (AOP) hiện nay đã được nhiều người biết đến, vì vậy ở đây tôi sẽ chỉ trình bày lại ngắn gọn các khái niệm cơ bản và đặc điểm chính của AOP. Để trả lời được câu hỏi AOP là gì? Tại sao phải có AOP? chúng ta sẽ bắt đầu tìm hiểu sự hạn chế của các phương pháp lập trình hiện tại trong việc đáp ứng các yêu cầu ngày càng phức tạp của các hệ thống phần mềm. Sự hạn chế của lập trình hướng đối tượng(OOP) Như chúng ta đ ã bi ết trong OOP người ta cố gắng mô tả thế giới thực thành các đối tượng với các thuộc tính và phương thức; cùng với các tính chất của lập trình hướng đối tượng như: tính trừu tượng, tính đóng gói, tính kế thừa và đa h ình đã làm thay đổi hoàn toàn ngành công nghiệp phần mềm. Hình 3: OOP Ta xét một ví dụ cụ thể xây dựng chương trình vẽ hình đơn giản. Một phân tích đơn giản cho yêu cầu của bài toán: Các hình học cơ bản : điểm, đoạn thẳng, hình chữ nhật , hình tròn,… Hiển thị các hình ở các vị trí khác nhau trong khung vẽ Phải cập nhật lại hình tại vị trí mới mỗi khi di chuyển, co giãn hình. Sử dụng OOP ta sẽ mô hình hóa yêu cầu thành các đối tượng sau : Lớp Shape: là một lớp Abstract chứa phương thức moveBy(int,int) di chuyển hình Lớp Display: hiển thị hình ảnh. Lớp Point: mô tả 1 điểm hình học chứa hai thuộc tính là tọa độ x, y được kế thừa từ lớp Shape. Lớp Line: mô tả 1 đoạn thẳng, chứa 2 thuộc tính là điểm đầu và điểm cuối của đoạn thẳng và được kế thừa từ lớp Shape. Dưới đây là sơ đồ lớp của bài toán Figure 4 Hình 4: Sơ đồ lớp của bài toán vẽ hình Mô hình hóa thành các lớp như vậy ta thấy bài toán đã tương đối ổn. Bây giờ vấn đề đặt ra là mỗi khi ta thay đổi tọa độ của một điểm hay co giãn hình, di chuyển hình ta lại phải vẽ lại hình ở vị trí mới – tức là phải update lại Display. Xét lớp đơn giản nhất là lớp Point, Khi đặt lại tọa độ x, tọa độ y, hay di chuyển Point từ vị trí này sang vị trí khác, ta đều phải update lại Display thông qua phương thức display.update(this). Như vậy, cùng một phương thức display.update(this), ta phải gõ lại ở ba vị trí khác nhau ứng với ba sự thay đổi. Hãy thử tưởng tượng xem nếu chương trình của chúng ta đủ lớn và có khoảng vài ngàn sự thay đổi kiểu như thế thì dòng mã nguồn display.update(this) sẽ phải xuất hiện ở hàng ngàn chỗ khác nhau. Đối với lớp Line hay các lớp khác cũng vậy. Mỗi khi có sự thay đổi hình thì ngay sau sự thay đổi đó sẽ có dòng mã nguồn display.update(this) đi kèm theo nó. Ta có thể chia các chức năng của một phần mềm ra làm hai loại chính: Thứ nhất là các chức năng thực hiện các nghiệp vụ chính, nghiệp vụ cơ bản của hệ thống (ví dụ như chức năng vẽ điểm, vẽ đoạn thẳng, vẽ hình khối trong bài toán vẽ hình ở trên). Thứ hai, những chức năng dàn trải trên rất nhiều các mô-đun nghiệp vụ chính – được gọi là các chức năng cắt ngang hệ thống (ví dụ: cập nhật hình, lưu vết, bảo mật) hay được gọi là crosscutting concern. OOP có thể giải quyết rất tốt những chức năng chính của hệ thống, nhưng lại gặp rất nhiều khó khăn trong việc giải quyết các chức năng cắt ngang hệ thống. Khi sử dụng OOP để thực hiện các chức năng cắt ngang hệ thống, hệ thống sẽ gặp phải hai vấn đề chính, đó là: chồng chéo mã nguồn (Code tangling) và dàn trải mã nguồn (Code scattering). Chồng chéo mã nguồn: Mô-đun chính của hệ thống ngoài việc thực hiện các yêu cầu chính, nó còn phải thực hiện các yêu cầu khác như: tính đồng bộ, bảo mật, lưu vết, lưu trữ. Như vậy, trong một mô đun có rất nhiều loại mã khác nhau, hiện tượng này gọi là chồng chéo mã nguồn. Điều này làm cho tính mô-đun hóa của hệ thống giảm đi, khả năng sử dụng lại mã nguồn thấp, khó bảo trì hệ thống. Dàn trải mã nguồn: : Cùng một mã nguồn của các chức năng cắt ngang hệ thống được cài đặt lặp đi lặp lại rất nhiều lần ở nhiều mô-đun chính của hệ thống. Ví dụ như trong chương trình vẽ hình ở trên, mã nguồn của chức năng cập nhật hình, lưu vết xuất hiện ở tất cả các mô-đun của hệ thống.Hiện tượng này gọi là dàn trải mã nguồn. Lập trình hướng khía cạnh Lập trình hướng khía cạnh được xây dựng trên các phương pháp lập trình hiện tại như lập trình hướng đối tượng, lập trình có cấu trúc, bổ sung thêm các khái niệm và cấu trúc để mô-đun hóa các chức năng cắt ngang hệ thống (crosscutting concern). Với AOP, các quan hệ cơ bản sử dụng các phương pháp cơ bản. Nếu sử dụng OOP, sẽ thực thi các quan hệ cơ bản dưới hình thức lớp(class). Các aspect trong hệ thống đóng gói các chức năng cắt ngang hệ thống lại với nhau. Chúng sẽ quy định cách các mô-đun khác nhau gắn kết với nhau để hình thành lên hệ thống cuối cùng. Nền tảng cơ bản của AOP khác với OOP là cách quản lý các chức năng cắt ngang hệ thống. Việc thực thi của từng chức năng cắt ngang AOP bỏ qua các hành vi được tích hợp vào nó. Ví dụ một mô-đun nghiệp vụ sẽ không quan tâm nó cần được lưu vết hoặc được xác thực như thế nào, kết quả là việc thực thi của từng concern tiến triển một cách độc lập. Quay trở lại với ví dụ về chương trình vẽ hình đơn giản ở phần trên. Nếu sử dụng AOP, các chức năng cắt ngang hệ thống: cập nhật hình, lưu vết sẽ được giải quyết theo cách sau: Thay vì tích hợp chức năng các mô-đun cắt ngang hệ thống (cập nhật hình, l ưu vết) ngay trong mô-đun nghiệp vụ chính; lập trình viên sẽ tách chúng ra thành các mô-đun mới, gọi là aspect. Hình 2.5 minh họa cho việc thực thi chức năng cập nhật hình bằng AOP và dưới đây là mã nguồn của aspect đó: public aspect UpdateSignaling{ pointcut updateDisplay():execution(void *.setX(int)) || execution(void*.setY(int)) || execution(void*.moveBy(int, int)); after(): updateDisplay(){ display.update(this); } } Hình 5: Dùng AOP giải quyết bài toán vẽ hình Sau khi định nghĩa một aspect như vậy thì bất cứ khi nào có sự thay đổi về hình (setX, setY, moveBy) chương trình sẽ tự động gọi chức năng cập nhật hình, cụ thể ở đây là phương thức display.update(this) mà ta không cần phải lục lọi lại các đoạn mã nguồn để thêm nó dòng mã nguồn này vào. Phương pháp luận của 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 nối chúng lại để tạo nên hệ thống cuối cùng. AOP bổ xung cho OOP bằng việc hỗ trợ một dạng mô-đun khác, cho phép kéo theo thể hiện chung của các vấn đề đan nhau vào một khối. Khối này gọi là ‘aspect’(tạm dịch là ‘lát’ – hàm ý cắt ngang qua nhiều lớp đối tượng). Từ chữ ‘aspect’ này chúng ta có mội phương pháp lập trình mới: Aspect-Oriented Programming. Nhờ mã được tách riêng biệt, các vấn đề đan xen 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 việc kết hợp các thành phần riêng lẻ thành một hệ thống thống nhất. Ưu điểm của AOP AOP là một kỹ thuật mới đầy triển vọng, hứa hẹn đem lại nhiều lợi ích cho việc phát triển phần mềm, dưới đây là một số lợi ích cụ thể của AOP : Mô-đun hóa những vấn đề đan xen nhau: AOP xác định vấn đề một cách riêng biệt, cho phép mô-đun hóa những vấn đề liên quan đến nhiều lớp đối tượng. Tái sử dụng mã nguồn 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 nguồn. Cho phép mở rộng hệ thống dễ dàng hơn: Một thiết kế tốt phải tính đến cả những yêu cầu hiện tại và tương lai, việc xác định các yêu cầu trong tương lai là một công việc khó khăn. Nhưng nếu bỏ qua các yêu cầu trong tương lai, có thể bạn sẽ phải thay đổi hay thực hiện lại nhiều phần của hệ thống. Với AOP, người thiết kế hệ thống có thể để lại quyết định thiết kế cho những yêu cầu trong tương lai nhờ thực hiện các aspect riêng biệt. Các khái niệm trong Aspect Join point Join point là bất kỳ điểm nào có thể xác định được khi thực hiện chương trình. Ví dụ: lời gọi hàm, khởi tạo đối tượng. Join point chính là vị trí mà các hành động thực thi cắt ngang được đan vào. Trong Aspect mọi thứ đều xoay quanh join point. Pointcut Pointcut là một cấu trúc chương trình mà nó chọn các join point và ngữ cảnh tại các join point đó.Ví dụ một pointcut có thể chọn một join point là lời gọi đến một phương thức và lấy thông tin ngữ cảnh của phương thức đó như đối tượng chứa phương thức đó, các tham số của phương thức đó. Bảng 1:Ánh xạ giữa các loại join point và pointcut tương ướng Loại join point Cú pháp point cut Thực hiện phương thức execution(MethodSignature) Gọi phương thức call(MethodSignature) Thực hiện hàm dựng execution(ConstructorSignature) Gọi hàm dựng call(ConstructorSignature) Khởi tạo lớp staticinitialization(TypeSignature) Đọc thuộc tính get(FieldSignature) Ghi thuộc tính set(FieldSignature) Thực hiện điều khiển ngoại lệ execution handler (TypeSignature) Khởi tạo đối tượng initialization(ConstructorSignature) Tiền khởi tạo đối tượng preinitialization(ConstructorSignature) Thực hiện advice adviceexecution() Advice Advice là mã thực hiện tại một join point mà được chọn bởi pointcut [7, 12]. Hay nói cách khác, nếu ta coi pointcut là khai báo tên phương thức, thì advice là phần thân của phương thức đó.Pointcut và advice sẽ hình thành nên các luật dan kết các quan hệ đan xen. Advice được chia ra làm ba loại sau: Before : được thực hiện trước join point. After: được thực hiện sau join point. Around: Thực thi xung quanh join point Aspect Aspect là phần tử trung tâm của Aspect, giống như class trong Java. Aspect chứa mã thể hiện các luật đan kết cho các concern. Join point, pointcut, advice được kết hợp trong aspect. Tuy có gần giống các đặc điểm của class trong Java như: chứa thuộc tính, phương thức, có thể khai báo trừu tượng, có thể kế thừa… Tuy nhiên, Aspect có một số khác biệt cơ bản sau: Aspect không thể khởi tạo trực tiếp. Aspect không thể kế thừa từ một aspect cụ thể (không phải trừu tượng). Aspect có thể được đánh dấu là có quyền bằng định danh privileged. Nhờ đó nó có thể truy cập đến các thành viên của lớp mà chúng cắt ngang. Chương 3: Kiểm chứng mô hình Aspect-UML Giới thiệu về Alloy Alloy[4] là gì? Trong công nghệ phần mềm, Alloy là một ngôn ngữ đặc tả mô hình hóa cho những biểu thị sự ràng buộc của những cấu trúc phực tạp trong công nghệ phần mềm. Alloy là một công cụ mô hình hóa đơn giản dựa trên thứ bậc logic đầu tiên.Nền tảng toán học của ngôn ngữ này bị ảnh hưởng nặng lề bởi các phép biểu diễn. Mặc dù cú pháp của ngôn ngữ này có trách nhiêm hơn so với ngôn ngữ khác như hạn chế về đối tượng ngôn ngữ. Alloy xác định mục tiêu tạo nên những mô hình vi mô để sau này nó tự động kiểm tra cho sự đứng đắn của các mô hình ấy. Mặc dù Alloy được thiết kế với phân tích tự động trong suy nghĩ, khác với nhiều ngôn ngữ đặc tả thiết kế cho mô hình kiểm tra ở chỗ nó cho phép định nghĩa các mô hình vô hạn .Các đặc tả Alloy có thể bị kiểm tra bằng cách sử dụng Alloy Analyzer. Alloy Analyzer được thiết kế để thực hiện kiểm tra phạm vi hữu hạn, ngay cả trên các mô hình vô hạn. Tính chất của ngôn ngữ alloy Đối các mô hình hữu hạn alloy có thể hữu hạn phạm vi kiểm tra: phân tích được đầy đủ các đối tượng đặc tả Alloy cho phép kiểm tra vô hạn các mô hình vì kiểm tra hữu hạn không nhận được phản ánh đúng từ mô hình cần đặc tả Alloy có khả năng đặt quan hệ logic giữa các đối tượng trong mô hình Tự động phân tích và kiểm tra tính đứng đắn của các mô hình Về cấu trúc dữ liệu: Xử lý vụng về Chức năng đệ quy khó diễn tả Cấu trúc một chương trình Alloy module …. sig A{…} fact F {…} assert a { …} check a scope pred P () {…} run P Ý nghĩa: – sig A: Thiết lập một lớp đối tượng A – fact F: nghĩa là giả sử ràng buộc F vững chắc –assert a: tin tưởng rằng A sau F –check a : tìm một ví dụ không đáp ứng A và F – pred: định nghĩa sự ràng buộc P – run: tìm ra 1 instance thỏa mãn P và F Khai báo trong alloy Dòng đầu tiên khai báo modul Sig Object{} định nghĩa một lớp đối tượng Trừu tượng sig Object ()là trừu tượng sig không có các thành phần ngoại trừ những phần mở rộng của nó SigFile extends Object ()-sự thiêt lập này có thể được giới thiệu là một tập hợp con của tập khác Các ký hiệu Sig A{} sig B extends A {} (nghĩa là B trong A) sig C extends A {}(C trong A) Khai báo các liên kết Liên kết được khai báo như các trường và các ký hiệu sigObject{} sigDir extends Object { entries: set Object, parent: lone Dir } Các trường Sig A{f: set X} Sig B extends A{g:set Y} Nghĩa là : B in A f: A-> X g: B->Y Các dạng thiết lập Lone: chỉ không hoặc một All: bất kì số nào One: chỉ duy nhất một Some: một hoặc nhiều hơn Facts và Assertions Fact Hạn chế được những giả đình luôn luôn giữ(ví dụ như sử dụng các không gian hạn chế của các bộ đếm) Một mô hình có thể có bất kỳ các con số của fact sigA {} fact { all z: A | F } Assert: sự liên kết có ý đi theo các fact của mô hình có thể kiểm tra bằng cách sử dụng các lệnh kiểm tra Các hằng số và các toán tử Ngôn ngữ của các mối quan hệ có các hằng và toán tử của mình chúng Hằng: None = tập rỗng. Univ = tập phổ biến Iden = đồng nhất. Các toán tử(Operators): Set operators: +: hợp nhất sig Vehicle{} {Vehicle = Car+ Truck} &: giao nhau fact DisSubtrees{all t1, t2: Tree | (t1.^children)&(t2.^children)= none} -: hiệu số fact dirinothers { all d: Directory - Root | some contents.d } in : tập con sibling = (brother + sister) sister in sibling =: bằng nhau Relational operators: . : dot (phép nối) ->: mũi tên (product) ^ : transitive closure *: reflexive- transitive closure ~: đảo vế [] : box (join) <: : domain restriction :> : range restriction ++ : override Toán tử logic ! : negation && : conjunction (and) || : disjunction (OR) => : implication else : alternative : bi-implication (IFF) Logic Cardinalities = equals < less than > greater than =< less than or equal to >= greater than or equal to #r number of tuples in r 0,1,... integer literal + plus - minus Predicates Một pred là tên của một ràng buộc Không hoặc nhiều hơn sự khai báo cho những lí luận Có thể sử dụng để đại diện cho một quá trình thực thi Chỉ được dùng khi được gọi (không như fact) Đặc tả mô hình Aspect-UML trong Alloy Mô hình Aspect UML Vì việc đặc tả mô hình UML+ OCL đã được nghiên cứu và hoàn thành do vậy chúng ta chỉ xem xét đến mô hình Aspect- UML. Phương pháp đặc tả trong bài luận này sẽ xem xét cách phân tích các tương tác aspect trong mô hình A-O được viết trong Aspect UML [5,6]. Aspect-UML là một mô hình đơn giản mở rộng của UML và sử dụng các khái niệm cơ bản của AOP (aspect, các advice, point cut, joint point và các crosscutting). Nó cũng cho phép các chú thích hình thức ví dụ như pre , post conditions, để đặc tả chính xác các trạng thái của các thành phần như join points và advices cũng như context ở pointcut. Nhờ có các chú thích này, mô hình Aspect UML cung cấp thêm thông tin để phân tích các tương tác aspect từ các điểm ngữ nghĩa của khung nhìn. Công việc này do đó đi một bước xa hơn các phương pháp truyển thống dựa trên phân tích chương trình tĩnh mà thường quên đi việc giải quyết ngữ nghĩa gây ra xung đột giữa các aspect. Mô hình Aspect-UML có thể được kiểm tra từ các xung đột tương tác aspect. Một cách để tự động quá trình kiểm chứng là chuyển đổi mô hình Aspect- UML sang ngôn ngữ đặc tả Alloy. Alloy cung cấp một ngôn ngữ đặc tả mô hình đơn giản dựa trên logic đầu tiên như phân tích mô hình và công cụ mô phỏng[]. Một mô hình Alloy được soạn thảo từ một tập hợp các signature xác đinh tập hợp đối tượng và các mối quan hệ giữa chúng. Mô hình này có thể được thêm các rang buộc bởi predicates và assertions. Một mô hình là trừu tượng cái mà thực sự xác định một tập hợp có thể vô hạn của một mô hình hữu hạn. Alloy thực thi đặc tả mô hình bằng cách tìm kiếm mô hình cá biệt đáp ứng một số đặc điểm của đặc tả. Một mô hình có thể được kiểm tra là có giá trị hay là thỏa mãn bên trong các ràng buộc một mô hình cá biệt. Thật vậy, các phân tích Alloy giới hạn việc tìm kiếm các mô hình cá biệt cái mà kích cỡ(về các đối tượng) là thấp hơn cho một số ràng buộc cố đinh bời người sử dụng. Alloy khẳng định hướng tiếp cận đặc tả của nó bằng việc đề xuất giả thuyết phạm vi nhỏ mà theo đó các counterexample phế bỏ một mô hình có khuynh hướng xảy ra trong các ví dụ mô hình nhỏ. Để kiểm chứng mô hình Aspect UML, trước hết chúng ta giả định rằng hệ thống cơ bản và Aspect cả 2 đều được chứng minh là đúng. Bằng việc chuyển đổi mô hình Aspect UML sang Alloy, quá trình đặc tả hình thức của chúng ta có mục đích biểu lộ những loại vấn để tương tác aspect sau đây: (1) vi phạm tài nguyên địa phương, một pre/post condition của adive hoặc point cut là vi phạm do kết hợp của 1 aspect; (2) vi phạm của một lớp, aspect hoặc bất biến hệ thống do thêm vào một aspect. Mô hình viễn thông Để minh họa cho việc đặc tả mô hình Aspect UML bằng alloy ta sử dụng ví dụ ứng dụng điện thoại. Ứng dụng này là một phỏng đơn giản của một hệ thống điện thoại, trong đó khách bắt đầu chấp nhận, thả và hợp nhất các cuộc gọi trong nội bộ và đường dài. Hệ thống cung cấp các chức năng lõi để mô tả và kết nối khách hàng. Trong các chức năng cơ bản, một người có thể thêm giờ, thanh toán và ngắt các tính năng được mô tả dưới đây: Tính năng thời gian được liên quan tới thời gian kết nối và giữ thời gian kết nối tổng số cho mỗi khách hàng. Nó xảy ra ở trong khoảng đầu đến cuối của mỗi kết nối. Tính năng thanh toán có liên quan tới việc tính phí khách hàng cho các cuộc gọi của họ. Một tính phí cho mõi kết nối được tính toán và khi chấm dứt kết nôi nó được bổ sung vào hóa đơn của khách hàng phù hợp Tính năng ngắt được sử dụng để xử lý các đường truyền bận bằng cách ngắt cuộc gọi. Nó can thiệp vào lúc bắt dầu kết nối bằng cách kiểm tra nếu đích là bận , trong trường hợp này cuộc gọi bị gián đoạn. Hình 6: Mô hình class cho hệ thống viễn thông Hình trên thể hiện bằng cách nào viêc tính giờ, thanh toán và các yêu cầu ngắt cuộc gọi được tích hợp vào trong biểu đồ lớp UML, sử dụng Aspect UML thích hợp. Những yêu cầu crosscutting được bắt tương ứng bằng aspect Timing, Billing và Interrupting cái mà được mô tả như các lớp trong UML được mô tả với stereotype >. Những aspect này cắt ngang ứng dụng cơ bản thông qua 2 point cut được mô hình như một interface đặc biệt có tên là OpComplete và OpDrop. Một quan hệ phụ thuộc > thì thường được sử dụng để liên kết mỗi join point mà nó biểu hiện. Interface của pointcut OpComplete chứa một biểu thức trừu tượng được đặt tên là opComplete(c:Connection) được thực thi khi một trong những joinpoint của nó đạt được. Tương tự interface của OpDrop chức một biểu thức trừu tượng opDrop(c:Connection). Hãy xem xét về ví dụ aspect Timing( aspect Billing và aspect Interrupting cũng tương tự). Nó thực thi cả interface ponitcut OpComplete và OpDrop và do đó cung cấp 1 số advice tương ứng để thực hiện mỗi cái trong chúng. Đặc tả mô hình Aspect UML bằng Alloy Phần này giải thích cách mà mô hình Aspect UML có thể được chuyển đổi sang đặc tả Alloy để chúng sau này có thể được phân tích bằng Alloy Analyzed. Bảng 2: Chuyển đổi thành phần cấu trúc mô hình Aspect UML sang Alloy. Các class và aspect được chuyển thành các khai báo signature trong Alloy. Các thuộc tính của một lớp hoặc của 1 aspect thì được chuyển thành các mối quan hệ trong các signature tương đồng. Tương tự các liên kết giữa những class và hoặc aspect thì được dịch thành các mối quan hệ. Đối với kiểu người dùng tự định nghĩa kiểu dữ liệu tập hợp , cái mà là tập hợp các giá trị không được có mặt trong UML( ví dụ như kết nối hay ngắt kết nối trong trường hợp chúng tôi nghiên cứu), các enumeration con được chuyển đổi thành các signature kế thừa từ signature được định nghĩa bởi cái kiểu enumeration. Ví dụ, đoạn code Alloy sau đặc tả lớp Connection xuất hiện ở trong mô hình lớp của ứng dụng viễn thông (hình 5). Sig Connection{ status: Status, origin, destination: Device } abstract sig Status{} sig connected, disconnected extends Status{} Đối với aspect Timing, nó được xác định bời đoạn code Alloy sau: sig Timing{ effectiveConnections: set Connection, getTimer: effectiveConnections → some Timer } sig Timer{ startTime, connectionTime: Int, c : Connection } Chuyển đổi ngữ pháp của chú thích Aspect UML sang A

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docKiểm chứng mô hình aspect-uml bằng alloy.doc