如何培养单元测试的习惯?怎样才算一个好的单元测试?

发表于:2024-4-24 09:21

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 作者:wind    来源:知乎

  你是怎么编写单元测试的呢?很多人的做法是先把所有的功能代码都写完,然后,再针对写好的代码一点一点地补写测试。
  在这种编写测试的做法中,单元测试扮演着非常不受人待见的角色。你的整个功能代码都写完了,再去写测试就成了一件为了应付差事不得不做的事情。更关键的一点是,你编写的这些代码可能是你几天的工作量,你已经很难记得在编写这堆代码时所有的细节了,这个时候补写的测试对提升代码质量的帮助已经不是很大了。
  所以,想要写好单元测试,最后补测试的做法总是很糟糕的,仅仅比不写测试好一点。你要想写好单元测试的话, 最好能够将代码和测试一起写。
  你或许会说,我在功能写完后立即就补测试了,这不就是代码和测试一起写的吗?其中的差异在于,把所有的功能写完的这个粒度实在是太大了。为一个大任务编写测试,是一件难度非常大的事,这也是很多人觉得测试难写的重要因素。要想做好单元测试,关键就是工作的粒度要小。
  I’m not a great programmer; I’m just a good programmer with great habits.
  我不是一个伟大的程序员,只是一个有着好习惯的优秀程序员。
  —— Kent Beck
  任务分解是每个程序员都应该拥有的好习惯,即便你 想写好单元测试也要从任务分解开始。所以,你需要把一个要完成的需求拆分成很多颗粒度很小的任务。粒度要小到可以在很短时间内完成,比如,半个小时就可以写完。只有能够把任务分解成微操作,我们才能够认清有足够的心力思考其中的每个细节。千万不要高估自己对于任务把控的粒度, 一定要把任务分解到非常小,这是能够写好代码,写好测试的前提条件,甚至可以说是最关键的因素。
  当我们把需求拆分成颗粒度很小的任务时,我们才开始进入到编码的状态。而从这里开始,我们进入到代码和测试一起写的状态。
  编写单元测试的过程
  对于一个具体的任务,我们首先要弄清楚的是,怎么样算是完成了。一个完整的需求我们需要知道其验收标准是什么。具体到一个任务,虽然没有业务人员给我们提供验收标准,我们自己也要有一个验收标准,我们要能够去衡量怎么样才算是这个代码写合格了。
  经过我们这一系列关于测试的介绍,你应该已经知道我要说什么了:一个任务的代码要通过测试才算编码阶段的完成。
  但测试用例从哪来呢?这就需要我们设计了。不同于业务测试的测试用例,我们现在要写的是单元测试。而我们要测的单元现在还没有写,所以,没有人会给我们提供测试用例,单元测试的用例只能我们自己来。
  还记得我们在实战里怎么做的添加 Todo 项吗?接下来,我们就结合这个部分来谈谈具体怎么做。
  我们首先要确定的是待测单元的行为,也就是要实现的类里的一个函数,它的行为是什么样的。或许你已经发现了,这其实就是一个软件设计的过程。这里的设计指的是微观的设计,就是具体的一个函数准备写成什么样子。通常到了动手写代码这一步,大的设计已经在前面做完了。
  因为我们现在不仅仅要写代码,还要写测试。所以,我们在设计这个函数接口时,还必须增加一点考量:它要怎么测。
  在添加一个 Todo 项时,我们经过设计出来的函数接口就是下面这样。
  TodoItem addTodoItem(final TodoParameter todoParameter);
  有了一个具体的函数接口设计,我们就可以针对它进行更具体的测试用例设计,也就是设计测试用例来描述这个接口的行为。
  是的,这里我们并没有着急写代码。对很多人来说,写代码的优先级很高,但是,如果不在这里停一下的话,你可能就不会去思考是否还有要考虑的问题,而是直奔代码细节去了。而当我们专注于细节时,有限的注意力就会让你忽略掉很多东西。所以, 先设计测试用例,后写代码,这是一个编码习惯的问题。
  有了添加 Todo 项接口之后,我们就准备了两个测试场景:
  ·添加正常的参数对象,返回一个创建好的 Todo 项;
  有了测试场景,接下来把这些场景实例化出来,这个步骤相对来说就比较简单了。比如,对于添加正常的参数对象来说,那什么样的参数对象是正常的?我们就代入一个具体的正常参数(比如 foo)。有了这个实例化过的参数,我们就可以把具体的测试用例表现出来了。
  @Test
  public void should_add_todo_item() {
      TodoItemRepository repository = mock(TodoItemRepository.class);
      when(repository.save(any())).then(returnsFirstArg());
      TodoItemService service = new TodoItemService(repository);
      TodoItem item = service.addTodoItem(new TodoParameter("foo"));
      assertThat(item.getContent()).isEqualTo("foo");
  }
  在实际的工作中,究竟是先写测试,还是先写实现代码,这是个人工作习惯的问题。当我们有了测试用例之后,其实就是把一个具体的任务进一步拆分成更小的子任务了。只要我们完成一个子任务,我们就可以做一次代码的提交,因为我们这个时候,既有测试代码又有实现代码,而且实现代码是通过了测试的。
  测接口还是测实现?
  不知道你是否注意到了,在前面我一直在说,我们要测的是函数接口的行为。我一直说,单元测试是一种白盒测试。在一些人的理解中,白盒测试的关注点应该是内部实现。那单元测试到底应该关注接口,还是应该关注实现呢?
  或许你还不清楚二者之间的区别,让我们把前面添加 Todo 项的例子拿过来。如果采用更加面向实现的做法,我们应该对 addTodoItem 这个函数的内部实现有进一步的约束,就像下面这样。
  @Test
  public void should_add_todo_item() {
      TodoItemRepository repository = mock(TodoItemRepository.class);
      when(repository.save(any())).then(returnsFirstArg());
      TodoItemService service = new TodoItemService(repository);
      TodoItem item = service.addTodoItem(new TodoParameter("foo"));
      assertThat(item.getContent()).isEqualTo("foo");
      verify(repository).save(any());
  }
  这段代码中核心的差别就是增加了一句 verify,这也就意味着,我规定在 addTodoItem 的实现中必须要调用 repository 的 save 函数。
  你或许会好奇,repository 本来就要调用 save 方法,那我在这里校验它调用了 save 方法,似乎也没什么大不了的。
  单独这么看确实看不出什么问题,但是,如果你有很多测试都是这么写,当你准备重构时,你就会发现问题了。很多团队代码一调整,测试就失败,一个重要的原因就是代码实现和测试之间紧紧地绑定在了一起。因为测试约束的是实现细节,而只要调整实现细节,测试当然就失败了。这也是很多团队抱怨单元测试问题很多的重要原因。
  所以, 在实际的项目中,我会更倾向于测试接口,尽可能减少对于实现细节的约束。 其实,这个原则不仅仅是在接口层面上,在一些测试的细节上也可以这么约定,比如下面这行代码。
  when(repository.save(any())).then(returnsFirstArg());
  这其实是一种宽泛的写法,所以用了 any。如果严格限制的话,应该严格限定一个非常具体的参数。
  when(repository.save(new TodoItem("foo"))).then(returnsFirstArg());
  使用 Moco框架,我们设置模拟服务器可以设置得非常具体,像下面这样。
  server
    .request(and(by("foo"), by(uri("/foo"))))
    .response(and(with(text("bar")), status(200)));
  也可以设置得非常宽泛,像这样。
  server.request(by(uri("/foo"))).response("bar");
  除非这个测试里面有多个类似的请求,必须要做区分,否则,我倾向于使用宽泛一些的约束。这在某种程度上会降低未来重构代码时带来的影响。
  不过实话说,要想完全消除对于实现细节的依赖,有时候也是很难的。比如在我们前面的 TodoItemService 的例子里面,repository 本身也是 TodoItemService 的一种实现细节,一旦进行一些重构,把 repository 的依赖从 TodoItemService 中拿掉,很多测试代码也需要调整。所以,在实际的项目中,我们只能说尽可能减少对于实现细节的依赖。
  其实,关于实现细节的测试也是一种重复,等于你用测试把代码又重新写了一遍。程序员的工作中有一种重要的原则:DRY(Don’t Repeat Yourself),这不仅仅是说代码中不要有重复,而且各种信息都不要重复。
  总结
  很多团队由于多方面的原因(比如设计做得不好),导致单元测试写得少。但为了提高代码质量以及更准确地定位问题,我们应该多写单元测试。
  单元测试最好是和实现代码一起写,以便减少后续补测试的痛苦。想写好测试,关键要做好任务分解,否则,面对一个巨大的需求,没有人知道如何去给它写单元测试。
  编写单元测试的过程,实际上就是一个任务开发的过程。一个任务代码的完成,不仅仅是写了实现代码,还要通过相应的测试。一般而言,任务开发要先设计相应的接口,确定其行为,然后根据这个接口设计相应的测试用例,最后,把这些用例实例化成一个个具体的单元测试。
  单元测试常见的一个问题是代码一重构,单元测试就崩溃。这很大程度上是由于测试对实现细节的依赖过于紧密。一般来说,单元测试最好是面向接口行为来设计,因为这是一个更宽泛的要求。其实,在测试中的很多细节也可以考虑设置得宽泛一些,比如模拟对象的设置、模拟服务器的设置等等。
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