软件测试技术之单元测试—工程师 Style 的测试方法

什么是单元测试？

Wikipedia 对单元测试的定义：

在计算机编程中，单元测试（Unit Testing）又称为模块测试，是针对程序模块（软件设计的最小单位）来进行正确性检验的测试工作。

在实际测试中，一个单元可以小到一个方法，也可以大到包含多个类。从定义上讲，单元测试和集成测试是有严格的区分的，但是在实际开发中它们可能并没有那么严格的界限。如果专门追求单元测试必须测试最小的单元，反而容易造成多余的测试并且不易维护。换句更严谨一点的说法，我们要考虑测试的场景再去选择不同粒度的测试。

单元测试和集成测试即可以手工执行，也可以是程序自动执行。但现在一般提到单元测试，都是指自动执行的测试。所以我们下面提到的单元测试，没有特别注明，都是泛指自动执行的单元测试或集成测试。

单元测试入门

下面我们先看两个案例，感受一下单元测试到底是什么样子的。

例子 1：生命游戏单元测试

我们先看一个很简单的例子，实现一个康威生命游戏。如果不了解康威生命游戏的话，可以看 Wikipedia 的介绍。假设我们实现时定义这样的接口：

public interface Game {

void init(int[][] shape) ; // 初始化游戏 board

void tick(); // 行进到在一个回合

int[][] get(); // 获取当前游戏 board

}

生命游戏有好几条规则，为了测试我们的实现是否正确，我们可以针对生命游戏的每个规则，写一个单元测试。下面测试的是复活的规则。

@Test

public void testRelive() {

int[][] shape = {{0, 0, 1}, {0, 0, 0}, {1, 0, 1}};

Game g = new GameImplSample(shape);

g.tick();

// 自己死亡，周围3个存活状态，复活

assertEquals(1, g.get()[1][1]);

}

例子 2：订单退款集成测试

我们在看一个稍微复杂一些的例子，测试的是订单退款的过程。

@Test

public void test300_doRefundItem() {

// 创建订单、支付，然后退款

Order order = createOrder(OrderSource.XR_DOCTOR);

order = fullPay(order, PayType.WECHAT_JS);

OrderItem item = _doItemRefund(order, 1, false);

// 检查退款中状态

OrderWhole orderWholeRefunding = findOrderWhole(order.getOrderNo());

isTrue(orderWholeRefunding.getRefundStatus().equals(

OrderRefundStatus.PARTIAL_REFUNDING));

isTrue(orderWholeRefunding.getRefunds().get(0).getStatus().equals(

RefundStatus.REFUNDING));

isTrue(orderWholeRefunding.getRefunds().get(0).getItemId().get().equals(

item.getId()));

// 构建退款的回调信息

List payments = findPayments(order.getId());

List refunds = findRefunds(order.getId());

wxRefundNotify(payments.get(0), refunds.get(0), WxRefundStatus.SUCCESS);

// 检查退款后状态

OrderWhole orderWholeFinish = assertRefund(order, FULL_PAID,

PARTIAL_REFUND_OK, RefundStatus.SUCCESS, RefundMode.ITEM, false);

isTrue(orderWholeFinish.getRefundFee() == item.getPaidPrice());

isTrue(orderWholeFinish.getIncomes().stream()

.filter(i -> i.getAmount() < 0).count() == 1);

}

单元测试执行

单元测试有很多种执行方式：

在 IDE 中执行

通过 mvn 或者 gradle 运行

在 CI 中执行

不论什么方式，单元测试都应该很容易就能运行，并给出一个测试结果。当然，单元测试运行速度得快，一般是在秒级的，太慢的话就不能及时获得反馈了。

为什么要写单元测试？

单元测试的好处

确保代码满足需求或者设计规格。 使用单元测试来测试代码，可以通过构造数据和前置条件，确保测试覆盖到需要测试的逻辑。而手工测试或 UI 测试则无法做到，并且往往更复杂。

快速定位并解决问题。 单元测试因为测试范围比较小，可以比较容易的定位到问题；而手工测试，常常需要耗费不少时间去定位问题。

确保代码永远满足需求规格。 一旦需要对实现进行修改，单元测试可以确保代码的正确性，极大的降低各种修改和重构的风险。特别是避免那些在意想不到之处出现的 BUG。

简化系统集成。 单元测试确保了系统或模块本身的正确性，集成时更不容易出错。

提高代码质量和可维护性。 不可测试的代码，其本身的抽象性、模块性、可维护性是有些问题的。例如不符合单一职责、接口隔离等设计原则，或者依赖了全局变量。可测试的代码，往往其质量相对会高一些。

提供文档和说明。 单元测试本身就是接口使用方法的很好的案例。

持续集成和持续交付

2010 年前后，大部分互联网公司的系统部署还是通过手工的方式进行的，往往要在半夜上线系统。但是之后持续集成、持续交付的理念不断推广，部署过程越来越灵活、顺畅。而单元测试则是持续集成和持续交付里重要的一环。

持续集成就是 Continuous Integration（CI），也就是指从开发上传代码、自动构建和测试、最后反馈结果的过程。

更进一步，如果自动构建和测试后，会自动发布到测试环境或预发布环境，执行更多测试（集成测试、自动化 UI 测试等），甚至最后直接发布，那这一过程就是持续交付（Continuous Delivery，CD）。业内有不少公司，比如亚马逊、Esty，可以做到每天几十甚至成百上千次生产环境部署，就是因为有比较完善的持续交付环境。

CI 已经是互联网行业必备标准，CD 也在互联网行业有了越来越多的实践，但是如果没有单元测试这一环节，CI 和 CD 的过程是有缺陷的。

怎么写单元测试？

JUnit 简介

基本上每种语言和框架都有不错的单元测试框架和工具，例如 Java 的 JUnit、Scala 的 ScalaTest、Python 的 unittest、JavaScript 的 Jest 等。上面的例子都是基于 JUnit 的，我们下面就简单介绍下 JUnit。

JUnit 里面每个 @Test 注解的方法，就是一个测试。@Ignore 可以忽略一个测试。@Before、@BeforeClass、@After、@AfterClass 可以在测试执行前后插入一些通用的操作，比如初始化和资源释放等等。

除了 assertEquals，JUnit 也支持不少其他的 assert 方法。例如 assertNull、assertArrayEquals、assertThrows、assertTimeout 等。另外也可以用第三方的 assert 库比如 Spring 的 Assert 或者 AssertJ。

除了可以测试普通的代码逻辑，JUnit 也可以进行异常测试和时间测试。异常测试是测试某段代码必须抛指定的异常，时间测试则是测试代码执行时间在一定范围内。

也可以对测试进行分组。例如可以分成 contractTest 、mockTest 和 unitTest，通过参数指定执行某个分组的测试。

这里就不做过多介绍了，想了解更多 JUnit 的可以去看 极客学院的 JUnit 教程 等资料。其他的单元测试框架，基本功能都是大同小异。

使用测试 Double

狭义的单元测试，我们是只测试单元本身。即使我们写的是广义的单元测试，它依然可能依赖其他模块，比如其他类的方法、第三方服务调用或者数据库查询等等，造成我们无法很方便的测试被测系统或模块。这时我们就需要使用测试 Double 了。

如果细究的话，测试 Double 分成好多种，比如什么 Dummies、Fakes 等等。但我认为我们只要弄清两类就可以了，也就是 Stub 和 Mock。

Stub

Stub 指那些包含了预定义好的数据并且在测试时返回给调用者的对象。Stub 常被用于我们不希望返回真实数据或者造成其他副作用的场景。

我们契约测试生成的、可以通过 spring cloud stubrunner 运行的 Stub Jar 就是一个 Stub。我们可以让 Stub 返回预设好的假数据，然后在单元测试里就可以依赖这些数据，对代码进行测试。例如，我们可以让用户查询 Stub 根据参数里的用户 ID 返回认证用户和未认证用户，然后我们就可以测试调用方在这两种情况下的处理逻辑了。

当然，Stub 也可以不是远程服务，而是另外一个类。所以我们经常说要针对接口编程，因为这样我们就可以很容易的创建一个接口的 Stub 实现，从而替换具体的类。

public class StubNameService implement NameService {

public String get(String userId) {

return ““Mock user name””;

}

}

public class UserServiceTest {

// UserService 依赖 NameService，会调用其 get 方法

@Inject

private UserService userService;

@Test

public void whenUserIdIsProvided_thenRetrievedNameIsCorrect() {

userService.setNameService(new StubNameService());

String testName = userService.getUserName(““SomeId””);

Assert.assertEquals(““Mock user name””, testName);

}

}

不过这样要实现很多 Stub 也是很麻烦的，现在我们已经不需要自己创建 Stub 了，因为有了各种 Mock 工具。

Mock

Mocks 指那些可以记录它们的调用信息的对象，在测试断言中我们可以验证 Mocks 被进行了符合期望的调用。

Mock 和 Stub 的区别在于，Stub 只是提供一些数据，它并不进行验证，或者只是基于状态做一些验证；而 Mock 除了可以做 Stub 的事情，也可以基于调用行为进行验证。比如说，Mock 可以验证 Mock 接口被调用了不多不少正好两次，并且调用的参数是期望的数值。

Java 里最常用的 Mock 工具就是 Mockito 了。我们来看一个简单的例子，下面的 UserService 依赖 NameService。当我们测试 UserService 的时候，我们希望隔离 NameService，那么就可以创建一个 Mock 的 NameService 注入到 UserService 中（在 Spring 里只需要用 @Mock 和 @InjectMocks 两个注解就可以完成了）

public class UserServiceTest {

@InjectMocks

private UserService userService;

@Mock

private NameService nameService;

@Test

public void whenUserIdIsProvided_thenRetrievedNameIsCorrect() {

Mockito.when(nameService.getUserName(““SomeId””)).thenReturn(““Mock user name””);

String testName = userService.getUserName(““SomeId””);

Assert.assertEquals(““Mock user name””, testName);

Mockito.verify(nameService).getUserName(““SomeId””);

}

}

注意上面最后一行，是验证 nameService 的 getUserName 被调用，并且参数为 ““SomeId””。

契约测试

契约测试会给每个服务生成一个 Stub，可以用于调用方的单元／集成测试。例如，我们需要测试预约服务的预约操作，而预约操作会调用用户服务，去验证用户的一些基本信息，比如医生是否认证等。

所以，我们可以通过传入不同的用户 ID，让契约 Stub 返回不同状态的用户数据，从而验证不同的处理流程。例如，正常的预约流程的测试用例可能是这样的。

@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)

@SpringBootTest@AutoConfigureStubRunner(repositoryRoot=““http://””,

ids = {"“com.xingren.service:user-client-stubs:1.0.0:stubs:6565"”})public class BookingTest {

// BookingService 会调用用户服务，获取医生认证状态后进行不同的处理

@Inject

private BookingService bookingService;

@Test

public void testBooking() {

BookingForm form = new BookingForm(

1,// doctorId

1// scheduleId

1001);// patientId

BookVO res = bookingService.book(form);

assertTrue(res.id > 0);

assertTrue(res.payStatus == PayStatus.UN_PAY);

}

}

注意上面的 AutoConfigureStubRunner 注解就是设置并启动了用户服务 Stub，当然在测试的时候，我们需要把服务调用接口的 baseUrl 设置为http://localhost:6565。关于契约测试的更多内容，请参考微服务环境下的集成测试探索一文。

TDD

简单说下 Test Driven Development，也就是 TDD。左耳朵耗子就写了一篇TDD并不是看上去的那么美，我就直接引用其介绍了。

其开发过程是从功能需求的test case开始，先添加一个test case，然后运行所有的test case看看有没有问题，再实现test case所要测试的功能，然后再运行test case，查看是否有case失败，然后重构代码，再重复以上步骤。

其实严格的 TDD 流程实用性并不高，左耳朵耗子本身也是持批判态度。但是对于接口定义比较明确的模块，先写单元测试再写实现代码还是有很大好处的。因为目标清晰，而且可以立刻得到反馈。

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