谈一谈单元测试

2022-01-16 23:55:27

作者 | 有尘
来源 | 阿里技术公众号

写在前面

对于我们开发人员来说，单元测试一定不会陌生，但在各种原因下会被忽视，尤其是在我接触到的项目中，提测阶段发现各种各样的问题，我觉得有必要聊一下单元测试。

为了写而写的单元测试没什么价值，但一个好的单元测试带来的收益是非常客观的。问题是怎么去写好单元测试？怎么去驱动写好单元测试？

一我们的现状

现状一：多个项目完全没有单元测试。

现状二：开发人员没有写单元测试的习惯，或者由于赶业务记录而没有时间去写。

现状三：单元测试写成了集成测试，比如容器、数据库，导致单元测试运行时间长，失去了意义。

现状四：太依赖集成测试。

以上是我在aone找的两个项目的测试情况，基本不考虑单元测试就合并发布，形同虚设。

站在开发的角度讲，导致以上问题的原因大概有以下几点：

1、开发成本

对于系统初期，可能要花很多时间去写新业务，对于老系统又太过庞大，无法下手。

2、维护成本

每修改相关的类，或者重构一次代码，我们就要去修改相应的单元测试。

3、ROI

投入产出是不是正收益？可能无论是管理者还是我们开发自己都回质疑这个问题，所以有时候没有强有力的动力。

二怎么解决

说来说去都是成本的问题，所以我们怎么去解决成本呢？

那么，我们一切从最开始说起：开发的成本

一个单元测试的传统写法，包含以下几个方面：

测试数据（被测数据，和依赖对象）
测试方法
返回值断言

  @Test
  public void testAddGroup() {
    // 数据
    BuyerGroupDTO groupDTO = new BuyerGroupDTO();
    groupDTO.setGmtCreate(new Date());
    groupDTO.setGmtModified(new Date());
    groupDTO.setName("中国");
    groupDTO.setCustomerId(customerId);
    // 方法
    Result<Long> result = customerBuyerDomainService.addBuyerGroup(groupDTO);
    // 返回值断言
    Assert.assertTrue(result.isSuccess());
    Assert.assertNotNull(result.getData());
  }

一个简单的测试还好，但如果是一逻辑复杂，且入参数据复杂的时候，那写起来其实挺头痛的。怎么解放我们程序员的双手？

“工欲善其事必先利其器”

我们以最大的努力降低我们的开发成本，这就涉及到我们测试框架和工具的选择问题

1 测试框架选择

首先第一个问题就是junit4和junit5的选择，【从junit4到junit5】我觉得最便利的一个好处就是可以参数化测试，并且基于参数化测试我们可以更加灵活的配置我们的参数。

效果如下：

@ParameterizedTest
@ValueSource(strings = { "racecar", "radar", "able was I ere I saw elba" })
void palindromes(String candidate) {
    assertTrue(StringUtils.isPalindrome(candidate));
}

更好的是，junit5提供了扩展，比如我们常用的json格式。这里我们使用json文件作为输入：

  @ParameterizedTest
  @JsonFileSource(resources = {"/com/cq/common/KMPAlgorithm/test.json"})
   public void test2Test(JSONObject arg) {
    Animal animal = JSONObject.parseObject(arg.getString("Animal"),Animal.class); 
    List<String> stringList = JSONObject.parseArray(arg.getString("List<String>"),String.class); 
    when(testService.testOther(any(Student.class))).thenReturn(stringArg);
    when(testService.testMuti(any(List.class),any(Integer.class))).thenReturn(stringList);
    when(testService.getAnimal(any(Integer.class))).thenReturn(animal);
    String result = kMPAlgorithm.test2();
    //todo verify the result
  }

2 mock框架

然后就是其他mock类的框架了

Mockito: 语法特别优雅，对于容器类的模拟比较合适，且对于返回值为空的函数调用也提供比较好的断言。缺点是不能模拟静态方法（3.4.x以上版本已支持）

EasyMock: 使用方法类似，但是更严格

PowerMock: 可以作为Mockito的一个补充，比如要测试静态方法，不过不支持junit5

Spock: 基于Groovy语言的单元测试框架

3 数据库层

这里主要介绍一下H2数据库，其基于内存来作为对于关系型数据库的模拟，运行完成自动释放，达到隔离的目的。

主要配置：ddl文件路径、dml文件路径。这里不作详述。

但对于要不要集成数据库，很难去定义，它的作用主要是用来验证sql语法的问题，但是相对来说较重，建议可以用于轻量级的集成测试。

三 Junit5和Mockito

后面讲到的自动生成使用的框架和业界使用最多的都是MocKito，所以这里重点介绍一下，包括使用时遇到的问题。

1 使用方法

分别单独引入依赖,推荐引入最新版

使用spring-test全家桶

junit5的使用方法这里就不多做介绍，主要说一下这个ArgumentsProvider接口，实现它就可以自定义参数化类，类似于自带的ValueSource、EnumSource等。

2 Mockito 主要注解介绍

先问为什么，为什么需要Mockito

因为：现在的java项目几乎离不开spring框架，而其最为著名的就是IOC，所有的bean用容器来管理，所以这给我们单元测试带来一个问题，如果要对bean做单元测试，就需要启动容器，那么带来的时间的开销将会很大。所以Mockito给我门带来了一系列的解决方法，让我们可以轻松的对bean 进行测试。

假设我们要对上面的A.func()进行单元测试。

@InjectMocks注解

表示需要注入bean的类，有两种

被测试类，这种很容易理解，我们测试这个类，当然也需要向其注入bean。比如上面的A
被测试类中的,需要执行其真实的方法，但其里面也要主要bean，也就是上面的C，我们需要测试neeExec方法，但我们不关系B的具体细节。现实中比如事物，并发锁等。这一类需要Mockito.spy(new C())的形式，不然会报错

@Mock

表示要mock的数据，也就是不真实执行其方法内容，只按照我们的规则执行，或者返回，比如使用when().thenReturn()语法。

当然也可以，执行真实方法，则需要when().thenCallRealMethod()方式。

@Spy

表示所有方法都走真实方式，比如有些工具类，转换类，我们也写成了bean的形式（严格来说这种需要写成静态工具类）。

@ExtendWith(MockitoExtension.class)
public class ATest  {
  @InjectMocks
  private A a=new A(); 
  @Mock
  private B b;
  @Spy
  private D d;
  @InjectMocks
  private C c= Mockito.spy(new C());;

  @BeforeEach
  public void setUp() throws Exception {
    MockitoAnnotations.openMocks(this);
  }
  @ParameterizedTest
  @ValueSource(strings = {"/com/alibaba/cq/springtest/jcode5test/needMockService/A/func.json"})
   public void funcTest(String str) {
    JSONObject arg= TestUtils.getTestArg(str);
    a.func();
    //todo verify the result
  }

}

3 Mockito和junit5常见问题

mock静态方法

mockito3.4以后开始支持，之前的版本可以使用PowerMock辅助使用

Mockito版本和java版本兼容问题

报错如下

Mockito cannot mock this class: xxx
Mockito can only mock non-private & non-final classes.

原因是2.17.0及之前的版本与java8是兼容的

但2.18之后需要使用java11，为了在java8中使用Mockito，则需要引入另一个包

Jupiter-api版本兼容问题

Process finished with exit code 255
java.lang.NoSuchMethodError: org.junit.jupiter.api.extension.ExtensionContext.getRequiredTestInstances()Lorg/junit/jupiter/api/extension/TestInstance

第一个问题是因为junit5中api、engine、params版本不一致导致的。

第二个问题是因为jupiter-api版本太低的问题，5.7.0以后的版本才支持。

四测试代码自动生成

选好了框架，我们还是没有解决我们的问题，“怎么节约开发成本？” ，这一节我们来谈这个问题，这也是我主要想表达的。

对于写单元测试，一直以来是比较头痛的事情，要组装各种各样的数据，可能还没跑成功，就被一堆“xxxx不能为null”的报错搞烦了。因此我们有理由去设想，有没有办法去解决这件事情。

1 业界和集团方案调研

在做这个事情之前，肯定是要调研有没有现成的框架。答案是有，但很遗憾，没有找到完全契合我想要的效果，我们来看一下这些插件：

public class BaseTest {
    protected TestService testService;
    public String baseTest() {
        return testService.testBase(1); // 4
    }
}
public class JCode5 extends BaseTest {
     public void testExtend(){
        String s = testService.testOther(new Student()); //1 
        // 调用 另一个方法
        System.out.println(testBean());
        // 调用基类方法
        baseTest();
    }
    // 使用testService
    public String testBean() {
        testService.testMuti(new ArrayList<Integer>() {{add(1);}}, 2); //2
        return testService.getStr(12); //3
    }
    /**
     * 测试范型类
     */
    public void testGeneric(Person person) {
        //test
        list.stream().forEach(a -> {
            System.out.println(a);
        });
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            Long aLong = testService.getLong("1213"
                , "12323");
            System.out.println(aLong);
        }
        System.out.println(testBean());
    }
}
public class TestService {
    public String testBase(Integer integer) {
        return "TestBase";
    }
    public List<String> testMuti(List<Integer> a, Integer c) {
        List<String> res = new ArrayList<>();
        res.add(a.toString() + c + "test muti");
        return res;
    }
     public String getStr(Integer integer) {
        return "TestService" + getInt();
    }
     public String testOther(Student student) {
        return student.getAge() + "age";
    }

}

如上，testExtend一共调用了testService的4个方法，我们对比下各个插件生成的代码。

TestMe

    @Test
    void testTestExtend() {
        when(testService.getStr(anyInt())).thenReturn("getStrResponse");
        when(testService.testMuti(any(), anyInt())).thenReturn(Arrays.<String>asList("String"));
        when(testService.testOther(any())).thenReturn("testOtherResponse");
        jCode5.testExtend(Integer.valueOf(0));
    }
    @Test
    void testTestGeneric() {
        when(testService.getStr(anyInt())).thenReturn("getStrResponse");
        when(testService.getLong(anyString(), anyString())).thenReturn(Long.valueOf(1));
        when(testService.testMuti(any(), anyInt())).thenReturn(Arrays.<String>asList("String"));

        jCode5.testGeneric(new Person());
    }

1、生成的代码基本符合逻辑，包括需要mock的bean的逻辑都生成了。

2、但它把最重要的一环，也就是数据省略了，只是单纯的用了构造函数的形式。这显然对于我们DDD模型不适应。

3、另外他没用用到junit5的一些特性，比如参数化测试。

4、对于testExtend的方法，它只识别了3个方法。没有识别父类的调用。

JunitGenerate

只能生成基础的框架代码，对于我想mock的逻辑、以及测试方法都没有生成，用处不大。

@Test
public void testTestExtend() throws Exception { 
//TODO: Test goes here... 
}

Squaretest

生成的方法非常丰富，且一个非常厉害的一点，它能生成多个分支，比如代码逻辑中有if条件，它能生成两个测试，从而走不通的分支。

但是，最大的缺点是“收费软件，不开源”，这就决定了我们没法用它，除非是特别需要。另外测试用过程中还发现了一些其他问题，比如对于继承，重载之类的问题，它解决的也不是很好，往往识别不了需要调用的方法。

虽然无法使用，但还是可以借鉴。

五打造代码自动生成最佳方案

既然市场上的插件都不是特别合适，就决定写一个适合自己项目的插件(暂时命名JCode5)。有兴趣的也可以自己试试。

1 插件安装

idea插件市场下载，搜索JCode5

2 插件使用

插件有三个功能

生成测试代码，也就是生成单元测试。
生成json数据，通常用来生成测试数据，比如model。用来参数化测试。
增加测试方法，随着业务开发，类可能增加一下功能方法，这个时候相应的可以增加测试方法

定位到需要测试的类，快捷键或菜单定位到generater，如下，选择JCode5.

生成测试类

目前支持三个选项，后续会逐渐完善

另外两个功能类似，直接尝试使用一下就行。

生成的结果---类+json数据

  @ParameterizedTest
  @ValueSource(strings = {"/com/cq/common/JCode5/testExtend.json"})
   public void testExtendTest(String str) {
    JSONObject arg= TestUtils.getTestArg(str);
    Integer i = arg.getInteger("Integer"); 
    // 识别泛型活着集合类
    List<String> stringList = JSONObject.parseArray(arg.getString("List<String>"),String.class); 
    String stringArg = arg.getString("String"); 
    String stringArg1 = arg.getString("String"); 
    String stringArg0 = arg.getString("String"); 
    // 识别四个方法，包括父类调用、其他方法调用
    when(testService.testBase(any(Integer.class))).thenReturn(stringArg);
    when(testService.testMuti(any(List.class),any(Integer.class))).thenReturn(stringList);
    when(testService.getStr(any(Integer.class))).thenReturn(stringArg0);
    when(testService.testOther(any(Student.class))).thenReturn(stringArg1);
    jCode5.testExtend(i);
    //todo verify the result
  }

如上除了生成基本的代码，另外会生成测试数据，它会将该方法所需要的测试数据全都生成在一个json文件当中，完全实现

“数据和代码的分离”

如testExtend.json:

{
  "Integer":1,
  "String":"test",
  "List<String>":[
    "test"
  ]
}

补充判定语句

这一块前期考虑对于不同的方法有不同的校验，所以目前想的还是开发者自己去写验证代码。

注意事项

在自动生成完代码之后，虽然可以运行，但如我们前面提到的，为了写单元测试而写的单元测试是没什么价值的，我们的最终目的是为了写一个好的测试。代码自动生成，但它终究能力有限，所以还是需要我们自己再去验证，比如

该插件生成的代码需要junit5和mockito的支持，使用时需要引入相关的依赖
增加assert校验逻辑，看是不是想要的结果，目前插件不会自动生成assertEquals等断言代码。
运用参数化测试能力，复制一份生成的json文件并修改输入数据，多组测试

3 插件实现介绍

主要的实现思路，参考了dubbo的SPI的源码，也就是自动实现自适应SPI那部分，简单点说就是反射获取代码逻辑，然后生成测试代码。

4 后期规划

1、mock数据可定制，目前的想法是

固定值比如目前的String: test、Integer和boolean: 0、1
测试者使用配置模版，比如txt文件包含keyValue对
使用Faker，对于name、email、phone这种特定倾向的数据进行特色自动生成

2、自动分支测试，这一块的想法目前主要针对if来做，需要一定的时间。

3、其他

六写在最后

对于代码自动生成，还是有很多东西可以做的，但有些问题还尚待解决，希望能尽最大努力解放我们的双手，也能提高我们单元测试的质量。

已在我们项目中使用此模式增加135个测试用例（除去mock的单模块达到70%）：速度比集成测试（pandora、spring等）提升一个等级。代码的覆盖率相对可观。

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一 我们的现状

二 怎么解决