富士通开发技术以增强Java程序的综合测试

2010年1月12日，美国桑尼维尔和日本川崎

富士通美国实验室有限公司和富士通实验室有限公司今天宣布，富士通开发了一种技术，用于全面测试基于Java的程序，无需手动生成涵盖广泛可能输入数据的输入值。新技术构建在符号Java PathFinder上⁽¹⁾这是一个由NASA开发的软件验证系统，并通过增加对数字数据和文本数据作为输入值的有效处理来扩展该系统。此类输入数据广泛用于web应用程序。NASA将部分内部使用富士通的这项新技术，并将其开源。

背景

作为NASA航空航天技术开发工作的一部分，它对用于控制系统的软件进行研发。美国国家航空航天局在其艾姆斯研究中心对软件验证技术进行研究，以确定程序是否正确编写。作为这项工作的一部分，美国国家航空航天局开发了Java PathFinder，这是一种用于测试Java编码软件的验证工具。Java PathFinder用于测试火星探测器的控制系统，并于2005年作为开源发布。富士通实验室（Fujitsu Laboratories）与其他公司和学术机构一样，利用其内置的扩展接口，将Java PathFinder用作Java验证工具的框架。

技术挑战

验证一个程序是否按照规范运行通常需要大量的手动工作来生成大量数据以进行测试。此外，进行测试需要花费大量时间。

Java PathFinder具有一个名为“符号执行模式”的函数，该函数可以自动执行在使用大量输入数据变体时出现的操作，而无需提供显式测试数据。在这种模式下，它被称为符号Java PathFinder。Symbolic Java Pathfinder的主要目标是测试输入生成。Java PathFinder自2001年推出以来已获得认可。它提供的功能可以生成涵盖所有操作条件的测试数据，并可以自动验证是否满足特定应用程序规范。

过去，Java Pathfinder在符号执行模式中只支持数字数据，无法处理文本字符串。为了使Java Pathfinder适用于通常处理大量文本数据的业务应用程序，它需要支持此类数据。

富士通的新技术

为了解决上述问题，富士通实验室开发了一种支持Java PathFinder符号执行模式中的文本字符串的技术，使其更广泛地适用于验证。新技术的主要特点如下：

1.对业务应用程序中广泛使用的文本字符串进行建模的方法
数字输入数据（如银行帐号）在应用程序中作为文本字符串处理，验证需要检查是否输入了意外的文本代码，输入字符串的长度是否符合指定规范等。新开发的技术包括一种“建模”文本字符串的方法，自动提取它们的参数并以紧凑的格式表示它们，从而实现高效和全面的符号执行。

2.可扩展的通用接口
富士通实验室还开发了一个通用接口，用于扩展符号执行功能以支持文本数据。这使Java PathFinder开发人员能够以符号执行模式轻松扩展文本数据的建模方法。

结果

这项技术使得对web应用程序和其他企业系统的软件进行非常全面的测试成为可能，在这些系统中，整个市场对改进质量的需求越来越大。在Fujitsu Laboratories进行的实际测试中，发现这对具有成千上万行代码的基于Java的web应用程序是有效的，与传统的手动方法相比，大大提高了测试的全面性。

关于建模过程的力量，2007年A.M.Turing奖联合获得者Edmund Clarke博士⁽²⁾由计算机协会（ACM）赞助，传达了以下评论：

埃德蒙·克拉克（Edmund Clarke）因其在模型检查方面的开创性研究而获得2007年图灵奖，他说：“我很高兴看到富士通基于NASA开源软件的这一发展，以推进软件验证领域。”。“他们创新性地使用符号执行、软件模型检查和字符串分析来分析工业规模的基于web的系统，这是该领域的一大进步。”

开源版本

NASA的Java PathFinder的文本处理功能扩展代表了一个显著的功能增强，作为开源发布公共接口部分将使开发人员和研究人员能够使用Java PathFinder对文本输入数据进行符号执行。预计富士通的这项新技术也将加速软件验证的技术发展。

未来发展

富士通将继续验证大规模、复杂的Java应用程序，努力实现这项新技术的全面实际应用。