單元測(cè)試最佳實(shí)踐：如何最大程度地利用測(cè)試自動(dòng)化

單元測(cè)試是一種眾所周知的做法，但是還有很多改進(jìn)的空間！在這篇文章中，最有效的單元測(cè)試最佳實(shí)踐，包括一路最大化自動(dòng)化工具的方法。我們還將討論代碼覆蓋率、模擬依賴關(guān)系和整體測(cè)試策略。

什么是單元測(cè)試？

單元測(cè)試是測(cè)試應(yīng)用程序的單個(gè)單元或組件的一種做法，目的是驗(yàn)證每個(gè)單元或組件是否正常工作。通常，一個(gè)單元應(yīng)該只占應(yīng)用程序的一小部分——在Java中，它通常是單個(gè)類。請(qǐng)注意，我并不是在這里嚴(yán)格定義“單元”，而是由開發(fā)人員來決定每個(gè)測(cè)試的測(cè)試代碼范圍。

人們有時(shí)將“單元測(cè)試”與“集成測(cè)試”或“端到端測(cè)試”相對(duì)比。區(qū)別在于，通常通過進(jìn)行單元測(cè)試來驗(yàn)證單個(gè)可測(cè)試單元的行為，而集成測(cè)試則是在一起驗(yàn)證多個(gè)組件或整個(gè)應(yīng)用程序的行為。就像我說過的那樣，對(duì)“單元”的定義并沒有嚴(yán)格定義，具體取決于每個(gè)測(cè)試的范圍。

為什么要進(jìn)行單元測(cè)試？

單元測(cè)試是一種行之有效的技術(shù)，可確保軟件質(zhì)量，并帶來很多好處。這是（多個(gè)）進(jìn)行單元測(cè)試的重要原因：

• 單元測(cè)試可以驗(yàn)證您的每款軟件不僅可以在今天正常運(yùn)行，而且可以在將來繼續(xù)運(yùn)行，為將來的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
• 單元測(cè)試可以在生產(chǎn)過程的早期階段識(shí)別出缺陷，從而降低了在開發(fā)周期的后期階段修復(fù)缺陷的成本。
• 單元測(cè)試的代碼通常更安全地重構(gòu)，因?yàn)榭梢钥焖僦匦逻\(yùn)行測(cè)試以驗(yàn)證行為沒有改變。
• 編寫單元測(cè)試迫使開發(fā)人員考慮設(shè)計(jì)生產(chǎn)代碼以使其適合于單元測(cè)試的程度，并使開發(fā)人員從不同的角度看待他們的代碼，鼓勵(lì)他們?cè)趯?shí)現(xiàn)過程中考慮極端情況和錯(cuò)誤情況。
• 在代碼審查過程中包含單元測(cè)試可以揭示修改后的代碼或新代碼應(yīng)如何工作。另外，審閱者可以確認(rèn)測(cè)試是否良好。

不幸的是，過于頻繁的開發(fā)人員要么根本不編寫單元測(cè)試，要么沒有編寫足夠的測(cè)試，要么不維護(hù)它們。我了解——單元測(cè)試有時(shí)編寫起來很棘手，或者維護(hù)起來很耗時(shí)。有時(shí)會(huì)有一個(gè)截止日期，感覺就像編寫測(cè)試會(huì)讓我們錯(cuò)過那個(gè)截止日期。但是沒有編寫足夠的單元測(cè)試或沒有編寫好的單元測(cè)試是一個(gè)容易陷入的陷阱。

因此，請(qǐng)考慮以下有關(guān)如何編寫干凈、可維護(hù)的自動(dòng)化測(cè)試的最佳實(shí)踐建議，這些建議可以用最少的時(shí)間和精力為您提供單元測(cè)試的所有好處。

單元測(cè)試最佳實(shí)踐

讓我們看一些構(gòu)建，運(yùn)行和維護(hù)單元測(cè)試以達(dá)到最佳結(jié)果的最佳實(shí)踐。

單元測(cè)試應(yīng)該值得信賴

如果代碼損壞并且只有代碼損壞，則測(cè)試必須失敗。否則，我們將無法相信測(cè)試結(jié)果在告訴我們什么。

單元測(cè)試應(yīng)可維護(hù)且可讀

當(dāng)生產(chǎn)代碼更改時(shí)，通常需要更新測(cè)試，也可能需要調(diào)試。因此，不僅對(duì)于編寫它的人，而且對(duì)于其他開發(fā)人員，都必須易于閱讀和理解該測(cè)試。為了清楚和易讀，請(qǐng)始終組織和命名測(cè)試。

單元測(cè)試應(yīng)驗(yàn)證單個(gè)用例

好的測(cè)試只能驗(yàn)證一件事，而只能驗(yàn)證一件事，這意味著通常情況下，它們只能驗(yàn)證一個(gè)用例。遵循此最佳實(shí)踐的測(cè)試更簡(jiǎn)單，更易理解，這對(duì)于可維護(hù)性和調(diào)試很有好處。驗(yàn)證不止一件事的測(cè)試很容易變得復(fù)雜且維護(hù)耗時(shí)。不要讓這種情況發(fā)生。

另一個(gè)最佳實(shí)踐是使用最少數(shù)量的斷言。有人建議每個(gè)測(cè)試只聲明一個(gè)（可能有點(diǎn)太嚴(yán)格了）。這個(gè)想法是集中于僅驗(yàn)證所測(cè)試用例所需的內(nèi)容。

單元測(cè)試應(yīng)隔離

測(cè)試應(yīng)該可以在任何機(jī)器上以任何順序運(yùn)行，而不會(huì)互相影響。如果可能，測(cè)試應(yīng)不依賴于環(huán)境因素或全局/外部狀態(tài)。具有這些依賴項(xiàng)的測(cè)試較難運(yùn)行，并且通常不穩(wěn)定，從而使其更難以調(diào)試和修復(fù)，最終花費(fèi)的時(shí)間超過了所節(jié)省的時(shí)間（請(qǐng)參見上面的可信賴信息）。

幾年前，馬丁·福勒（Martin Fowler）撰寫了有關(guān)“單獨(dú)的”與“可社交的”代碼的文章，以描述應(yīng)用程序代碼中的依賴關(guān)系用法，以及如何相應(yīng)地設(shè)計(jì)測(cè)試。在他的文章中，“單獨(dú)的”代碼不依賴于其他單元（它更加獨(dú)立），而“可聯(lián)系的”代碼確實(shí)與其他組件交互。如果應(yīng)用程序代碼是單獨(dú)的，則測(cè)試很簡(jiǎn)單...但是對(duì)于正在測(cè)試的社交代碼，您可以構(gòu)建“單獨(dú)”或“社交”測(cè)試?！吧缃粶y(cè)試”將依賴于真實(shí)的依賴關(guān)系以驗(yàn)證行為，而“單獨(dú)測(cè)試”則將受測(cè)代碼與依賴關(guān)系隔離開。您可以使用模擬來隔離被測(cè)代碼，并為“可社交”代碼構(gòu)建“單獨(dú)”測(cè)試。我們將在下面查看如何執(zhí)行此操作。

圖1：社交測(cè)試與孤立測(cè)試。資料來源：馬丁·福勒（Martin Fowler），2014年，“UnitTest”

通常，使用模擬作為依賴項(xiàng)會(huì)使我們的測(cè)試人員生活更加輕松，因?yàn)槲覀兛梢詾樯缃淮a生成“單獨(dú)的測(cè)試”。復(fù)雜代碼的社交測(cè)試可能需要大量設(shè)置，并且可能違反隔離和可重復(fù)的原則。但是，由于模擬是在測(cè)試中創(chuàng)建和配置的，因此它是獨(dú)立的，我們可以更好地控制依賴項(xiàng)的行為。另外，我們可以測(cè)試更多的代碼路徑。例如，我可以返回自定義值或從模擬中引發(fā)異常，以涵蓋邊界或錯(cuò)誤情況。

單元測(cè)試應(yīng)自動(dòng)化

確保在自動(dòng)化過程中運(yùn)行測(cè)試。這可以是每天、每小時(shí)或在持續(xù)集成或交付過程中。團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)人都需要訪問并查看報(bào)告。作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，討論您關(guān)心的指標(biāo)：代碼覆蓋率、修改后的代碼覆蓋率、正在運(yùn)行的測(cè)試數(shù)量、性能等。

通過查看這些數(shù)字可以學(xué)到很多東西，這些數(shù)字的巨大變化通常表明可以立即解決回歸問題。

結(jié)合使用單元測(cè)試和集成測(cè)試

邁克爾·科恩（Michael Cohn）的書《成功實(shí)現(xiàn)敏捷：使用Scrum進(jìn)行軟件開發(fā)》使用測(cè)試金字塔模型解決了這一問題（請(qǐng)參見下圖中的插圖）。這是描述測(cè)試資源理想分配的常用模型。這個(gè)想法是，隨著您進(jìn)入金字塔，測(cè)試通常會(huì)更復(fù)雜、更脆弱、運(yùn)行更慢、調(diào)試更慢。較低的級(jí)別更加隔離和集成、更快、更易于構(gòu)建和調(diào)試。因此，自動(dòng)化的單元測(cè)試應(yīng)占您測(cè)試的大部分。

單元測(cè)試應(yīng)驗(yàn)證所有細(xì)節(jié)、極端情況和邊界條件等。應(yīng)更謹(jǐn)慎地使用組件、集成、UI和功能測(cè)試，以驗(yàn)證API或應(yīng)用程序的整體行為。手動(dòng)測(cè)試應(yīng)該在整個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)中所占的比例最小，但對(duì)于發(fā)布驗(yàn)收和探索性測(cè)試仍然有用。該模型為組織提供了高度的自動(dòng)化和測(cè)試覆蓋范圍，因此他們可以擴(kuò)大測(cè)試工作量，并將與構(gòu)建、運(yùn)行和維護(hù)測(cè)試相關(guān)的成本降至最低。

單元測(cè)試應(yīng)在有組織的測(cè)試實(shí)踐中執(zhí)行

為了在各個(gè)級(jí)別上推動(dòng)測(cè)試的成功，并使單元測(cè)試過程具有可擴(kuò)展性和可持續(xù)性，您將需要一些其他實(shí)踐。首先，這意味著在編寫應(yīng)用程序代碼時(shí)編寫單元測(cè)試。一些組織在應(yīng)用程序代碼之前編寫測(cè)試（測(cè)試驅(qū)動(dòng)或行為驅(qū)動(dòng)的編程）。重要的是測(cè)試與應(yīng)用程序代碼緊密結(jié)合。測(cè)試和應(yīng)用程序代碼甚至應(yīng)該在代碼審查過程中一起審查。評(píng)論有助于您理解所編寫的代碼（因?yàn)樗麄兛梢钥吹筋A(yù)期的行為）并可以改善測(cè)試！

與代碼一起編寫測(cè)試不僅是針對(duì)新行為或計(jì)劃中的更改，對(duì)于修復(fù)錯(cuò)誤也至關(guān)重要。您修復(fù)的每個(gè)錯(cuò)誤均應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證該錯(cuò)誤是否已修復(fù)。這樣可以確保該錯(cuò)誤在將來保持不變。

對(duì)測(cè)試失敗采取零容忍策略。如果您的團(tuán)隊(duì)忽略測(cè)試結(jié)果，那為什么還要進(jìn)行測(cè)試呢？測(cè)試失敗應(yīng)該表明是真正的問題......因此，在浪費(fèi)質(zhì)量檢查人員的時(shí)間之前或更早就解決這些問題，或更糟糕的是，它們會(huì)進(jìn)入發(fā)布的產(chǎn)品。

解決故障所需的時(shí)間越長(zhǎng)，這些故障最終將花費(fèi)您的組織更多的時(shí)間和金錢。因此，在重構(gòu)期間運(yùn)行測(cè)試，請(qǐng)在提交代碼之前立即運(yùn)行測(cè)試，并且在測(cè)試通過之前也不要將任務(wù)視為“完成”。

最后，維護(hù)那些測(cè)試。正如我之前說過的，如果您在應(yīng)用程序更改時(shí)沒有使這些測(cè)試保持最新狀態(tài)，則它們會(huì)失去價(jià)值。尤其是如果它們失敗了，則失敗的測(cè)試會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和金錢進(jìn)行每次失敗的調(diào)查。當(dāng)代碼更改時(shí)，根據(jù)需要重構(gòu)測(cè)試。

如您所見，要使單元測(cè)試中的金錢和時(shí)間回報(bào)最大化，就需要在應(yīng)用最佳實(shí)踐方面進(jìn)行一些投資。但最終，這些回報(bào)值得進(jìn)行初始投資。

那代碼覆蓋率呢？

通常，代碼覆蓋率是對(duì)自動(dòng)化測(cè)試運(yùn)行期間執(zhí)行了多少生產(chǎn)代碼的度量。通過運(yùn)行一組測(cè)試并查看代碼覆蓋率數(shù)據(jù)，您可以大致了解正在測(cè)試的應(yīng)用程序數(shù)量。

代碼覆蓋范圍很多，最常見的是行覆蓋范圍和分支覆蓋范圍。大多數(shù)工具專注于行覆蓋率，它僅告訴您是否覆蓋特定行。分支更加精細(xì)，因?yàn)樗嬖V您是否覆蓋了代碼的每個(gè)路徑。

代碼覆蓋率是一項(xiàng)重要指標(biāo)，但是請(qǐng)記住，增加覆蓋率是達(dá)到目的的一種手段。這對(duì)于發(fā)現(xiàn)測(cè)試中的差距非常有用，但這并不是唯一要關(guān)注的事情。注意不要花費(fèi)太多的精力來嘗試達(dá)到100％的覆蓋率——這甚至可能是不可能或不可行的，實(shí)際上，測(cè)試的質(zhì)量是很重要的。話雖如此，為您的項(xiàng)目至少達(dá)到60％的覆蓋率是一個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn)，而設(shè)定80％或更高的覆蓋率是一個(gè)好的目標(biāo)。顯然，由您決定目標(biāo)是什么。

如果您擁有自動(dòng)化的工具，這不僅很有價(jià)值，它不僅可以測(cè)量代碼覆蓋率，還可以跟蹤測(cè)試覆蓋了多少修改后的代碼，因?yàn)檫@可以使您了解是否編寫了足夠的測(cè)試以及生產(chǎn)代碼的更改。

在此處查看來自Parasoft的報(bào)告和分析中心的示例代碼覆蓋率報(bào)告，如果您正在使用Parasoft Jtest進(jìn)行單元測(cè)試，則可以瀏覽該示例：

要記住的另一件事是，在編寫新測(cè)試時(shí)，請(qǐng)注意不要只關(guān)注行覆蓋范圍，因?yàn)閱涡写a可能會(huì)導(dǎo)致多個(gè)代碼路徑，因此請(qǐng)確保您的測(cè)試驗(yàn)證這些代碼路徑。線覆蓋率是一個(gè)有用的快速指示器，但這并不是唯一要尋找的東西。

增加覆蓋率的最明顯方法就是簡(jiǎn)單地為更多的代碼路徑添加更多的測(cè)試，以及被測(cè)方法的更多用例。增加覆蓋范圍的有效方法是使用參數(shù)化測(cè)試。對(duì)于Junit4，有內(nèi)置的Junit4參數(shù)化功能和諸如JunitParams之類的第三方庫(kù)。Junit5具有內(nèi)置的參數(shù)化功能。

最后，如果您尚未跟蹤測(cè)試范圍，強(qiáng)烈建議您開始。有很多工具可以提供幫助，例如Parasoft Jtest。首先測(cè)量您當(dāng)前的覆蓋范圍數(shù)字，然后為應(yīng)該覆蓋的范圍設(shè)定目標(biāo)，首先解決重要的差距，然后再?gòu)哪抢镩_始工作。

總結(jié)

盡管單元測(cè)試是確保軟件質(zhì)量的可靠技術(shù)，但仍被認(rèn)為是開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)，許多團(tuán)隊(duì)仍在為此而苦苦掙扎。為了充分利用測(cè)試和自動(dòng)化測(cè)試工具，測(cè)試必須是可信賴的、可維護(hù)的、可讀的、自包含的，并且必須用于驗(yàn)證單個(gè)用例。自動(dòng)化是使單元測(cè)試可行和可擴(kuò)展的關(guān)鍵。

此外，軟件團(tuán)隊(duì)需要練習(xí)良好的測(cè)試技術(shù)，例如與應(yīng)用程序代碼一起編寫和審查測(cè)試，維護(hù)測(cè)試以及確保立即跟蹤和糾正失敗的測(cè)試。采用這些單元測(cè)試最佳實(shí)踐可以快速改善您的單元測(cè)試結(jié)果。