基于WF StateMachine的UML状态图动态构建与测试

摘 要：采用UML分析与设计的业务信息系统，业务流程经过层层的抽象迭代，缺乏一种透明的业务流程实现。WF提供了可视化的业务过程编程模型，便于实现业务流程自动化，在对比分析WF State Machine和UML状态图的基础上，研究从UML状态图到WF State Machine业务流程映射关系，选取UML中典型状态图，依据一定的命名转换规则，实现了从UML状态图分析设计到WF状态机业务过程可视化的构建，完成了动态测试。

关键词：WF；State Machine；UML；状态图

中图分类号：TP311.51 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

Windows Workflow Foundation（WF）是微软推出的一个可扩展框架，提供了工作流定义的图形化的工具和界面。WF可将业务逻辑作为规则或条件来实现，作为工作流的基本组成。WF中状态机（State Machine）工作流提供的建模类型，可以对事件驱动方式的工作流进行建模，State Machine活动包含状态和组成的状态机逻辑转换。可以为状态驱动的业务过程提供可视化的建模实现过程[1-3]。UML提供业务过程建模的分析和设计工具，用于企业信息系统的可视化业务流程描述与处理[4，5]，在此过程中，经历了的层层的业务抽象，最后到业务的实现，一旦业务流程需要修改，需要不断迭代完成，缺少一种从业务建模到实现的透明转换过程，实现所见即所得。UML中也包含了State Machine的语义描述，便于对离散事件驱动的动态行为建模[6-8]。

本文在研究UML典型状态图（State Diagram）样例的基础上，结合WF的可视化实现，探索从UML状态图建模到WF State Machine编程模型的无缝转换，快速构建便于测试的应用程序。

2 映射关系及典型示例（Mapping relationship and

typical example）

2.1 从UML状态图到WF State Machine的对应关系分析

UML和WF在状态机的可视化建模及实现上具有紧密的关联性，从相关概念的组成和含义几乎都一一对应，这一点保证了无缝的转换。如表1所示WF和UML的State Machine相关组成及含义对比，可以看出WF和UML中的State Machine都是事件驱动的建模，相当于所有状态的容器。相比较而已，在业务系统中，UML中偏重业务流程的分析设计，而WF中更偏重基于工作流的业务实现。两者的State（状态）都可置于State Machine之中。两者的Transition（转换）和FinalState（终止状态）的概念也基本相同。有了相对应的组成，这两个之间在可视化的建模中就有了相对应的可视化图形符号。

如表2所示，WF和UML State Machine的映射关系及图形表示，两者都包括了开始状态、状态、状态转换、结束状态等基本符号组成，从符号的表达到信息的展示，都可以无缝对应转换，从而保证了可视化建模从分析到实现的一致性。表中基于两者的基本符号，初步构建了基本图形结构，可以看出，从形式语义上没有任何信息丢失，主要的区别在于UML中是静态的分析、设计，WF中可以直接动态的实现，在下面的基于WF的UML状态图构建中会详细分析。

2.2 典型的UML状态图示例

为更好的说明基于WF的UML状态图构建和实现，选取了Rational Rose中典型的状态图，以便于深入的转换说明。如图1所示机器人自动转换状态图，在这个示例中，显示了机器人在转换过程中涉及的各种状态，包含了典型的开始状态，结束状态、嵌入状态、自身转换状态、历史状态，以及各种动作活动（入口动作、出口动作等）、监护条件和触发等。

3 转换构建（Convert construction）

依据前面的映射关系和命名规则，如图2所示，基于WF的UML机器人自动转换状态图顶层映射模型，采用分层逐步迭代的思想，清晰地实现了顶层模型的映射。由图中可以看出，UML典型示例中的Start、Movement、FinalState、nestedstates等状态，以及相关的变迁、入口动作、监护条件都信息无损的映射到WF的StateMachine_Automatic Transmission Model for a Robot上。其中UML中Movement状态的Transition to Self变迁映射成toSelf变迁，从Movement到FinalState的变迁映射成toFinal变迁。由于UML中Movement状态是一个复合状态，需进一步的分层构建。

如图3所示StateMachine_Movement細化模型，UML中的Movement复合状态，被构建映射为StateMachine_Movement状态机，嵌入的Start、History、Forward、Reverse置于其内，相关的变迁、入口动作、监护条件都信息无损的映射。由于UML中Forward状态也是一个复合状态，也需要进一步的分层构建。

如图4StateMachine_Forward细化模型，UML中Forward复合状态被映射为StateMachine_Movement状态机，嵌入的First Gear和Second Gear状态置于其内。

4 动态测试（Dynamic test）

在业务系统中，UML主要实现系统静态分析与设计，经过如图2—图4所示的映射，静态的UML状态图被映射成WF的状态机可视化动态建模，所见即所得，如图5基于WF的UML机器人自动转换状态图动态运行测试，构建的WF模型在工作流的引擎牵引下就可以实现动态的运行测试，一定程度上实现了业务过程的自动化，实现了业务流程从UML分析设计到无缝实现。

5 结论（Conclusion）

对于复杂的系统，从业务流程的分析设计到实现总是存在着信息的丢失和不一致性，探索一种从业务分析到实现的无缝转换是必要的。本文在分析UML状态图和WF状态机结合优势及相关概念和符号表示的基础上，选取Rational Rose中典型的状态图，深入研究了基于WF的UML状态图的构建实现，从UML状态图中简单状态之间的转换、入口动作，到复合状态的映射，显式地将业务逻辑映射为一定的规则或条件，构建了基于WF的状态机可视化动态模型，基于微软工作流引擎，实现了状态驱动的业务过程建模自动化测试，探索了从UML可视化建模分析、设计到WF可视化实现的透明转换具有实际的意义。

参考文献（References）

[1] The programming model，samples，and tools of the Windows Workflow Foundation（WF）.https：//docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/windows-workflow-foundation/index.

[2] 钱维平，王坚.基于WF状态机工作流的日常工作管理系统的设计与实現[J].机电产品开发与创新，2015，28（1）：81-83.

[3] 冯倩，董丽丽.基于WF状态机工作流的研究与应用[J].电脑知识与技术，2008，4（8）：2263-2265.

[4] [美]Grady Booch，James Rumbaugh，Ivar Jacobson.UML用户指南（第二版）[M].北京：人民邮电出版社，2013：5-20.

[5] Object Management Group：Unified Modeling Language.formal/2017-12-05，OMG UML（2017）.

[6] Alexander Knapp and Till Mossakowski.UML Interactions Meet State Machine--An Institutional Approach.7th Conference on Algebra and Coalgebra in Computer Science（CALCO 2017），20174，15：1-15.

[7] 蒋慧，林东，谢希仁.UML状态机的形式语义[J].软件学报， 2002，13（12）：2244-2250.

[8] 于晓玲，杨海波.UML状态图形式化方法的分析与比较[J].计算机与数字工程，2014，42（8）：1488-1492.

作者简介：

孔令东（1973-），男，博士，讲师.研究领域：软件工程，工作流技术.