JAVA 代码覆盖率工具 JaCoCo——原理篇

发表于:2018-4-28 18:18  作者:于洋   来源:51testing软件测试网采编

字体: | 上一篇 | 下一篇 |我要投稿 | 推荐标签: 软件测试工具 覆盖率测试

  一、 覆盖率定义
  作为一个测试人员,保证产品的软件质量是其工作首要目标,为了这个目标,测试人员常常会通过很多手段或工具来加以保证,覆盖率就是其中一环比较重要的环节。
  我们通常会将测试覆盖率分为两个部分,即“需求覆盖率”和“代码覆盖率”。
  需求覆盖:指的是测试人员对需求的了解程度,根据需求的可测试性来拆分成各个子需求点,来编写相应的测试用例,最终建立一个需求和用例的映射关系,以用例的测试结果来验证需求的实现,可以理解为黑盒覆盖。
  代码覆盖:为了更加全面的覆盖,我们可能还需要理解被测程序的逻辑,需要考虑到每个函数的输入与输出,逻辑分支代码的执行情况,这个时候我们的测试执行情况就以代码覆盖率来衡量,可以理解为白盒覆盖。
  以上两者完全可以相辅相成,用代码覆盖结果反向的检查需求覆盖(用例)的测试是否充分完整。
  如果做覆盖率测试?我们可以借助一些网上流行的各种覆盖率工具,本章主要介绍JaCoCo这个工具。
  二、JAVA覆盖率工具介绍
  市场上java主要代码覆盖率工具:EMMA、JaCoCo
  总结一下个人对JaCoCo优势的理解:
  (1)JaCoCo支持分支覆盖、引入了Agent模式。
  (2)EMMA官网已经不维护了,JaCoCo是其团队开发的,可以理解为一个升级版。
  (3)JaCoCo社区比较活跃,官网也在不断的维护更新。
  我们前期使用的EMMA,也做了全量、差异覆盖率,和精准耦合也结合在了一起,但后来考虑到JaCoCo的优势,也就全部切换了过来。
  2.1 JaCoCo简述
  JaCoCo是一个开源的覆盖率工具(官网地址:http://www.eclemma.org/JaCoCo/),它针对的开发语言是java,其使用方法很灵活,可以嵌入到Ant、Maven中;可以作为Eclipse插件,可以使用其JavaAgent技术监控Java程序等等。
  很多第三方的工具提供了对JaCoCo的集成,如sonar、Jenkins等。
  JaCoCo包含了多种尺度的覆盖率计数器,包含指令级覆盖(Instructions,C0coverage),分支(Branches,C1coverage)、圈复杂度(CyclomaticComplexity)、行覆盖(Lines)、方法覆盖(non-abstract methods)、类覆盖(classes),后面会一一介绍。
  我们先看看其覆盖率结果展现如下图1-1所示,方便读者先有一个大概的了解。
  图1-1 覆盖率报告结果部分截图
  标示绿色的为行覆盖充分,标红色的为未覆盖的行,黄色菱形的为分支部分覆盖,绿色菱形为分支完全覆盖。
  通过这个报告的结果就可以知道代码真实的执行情况,便于我们分析评估结果。
  2.2 JaCoCo基本概念
  行覆盖率:度量被测程序的每行代码是否被执行,判断标准行中是否至少有一个指令被执行。
  类覆盖率:度量计算class类文件是否被执行。
  分支覆盖率:度量if和switch语句的分支覆盖情况,计算一个方法里面的
  总分支数,确定执行和不执行的 分支数量。
  方法覆盖率:度量被测程序的方法执行情况,是否执行取决于方法中是否有至少一个指令被执行。
  指令覆盖:计数单元是单个java二进制代码指令,指令覆盖率提供了代码是否被执行的信息,度量完全 独立源码格式。
  圈复杂度:在(线性)组合中,计算在一个方法里面所有可能路径的最小数目,缺失的复杂度同样表示测 试案例没有完全覆盖到这个模块。
  2.3 JaCoCo 原理
  1. 注入方式介绍
  这个图包含了几种不同的收集覆盖率信息的方法,每种方法的实现方法都不一样,带颜色的部分是JaCoCo比较有特色的地方。
  上面各个名次含义(带颜色的为JaCoCo支持):
  上表JaCoCo支持的部分,再详细的解释下:
  (1)JaCoCo在Byte Code时使用的ASM技术修改字节码方法,可以修改Jar文件、class文件字节码文件。
  (2)JaCoCo同时支持on-the-fly和offline的两种插桩模式。
  On-the-fly插桩:
  JVM中通过-javaagent参数指定特定的jar文件启动Instrumentation的代理程序,代理程序在通过Class Loader装载一个class前判断是否转换修改class文件,将统计代码插入class,测试覆盖率分析可以在JVM执行测试代码的过程中完成。
  Offline模式:
  在测试前先对文件进行插桩,然后生成插过桩的class或jar包,测试插过桩 的class和jar包后,会生成动态覆盖信息到文件,最后统一对覆盖信息进行处理,并生成报告。
  On-the-fly和offline比较:
  On-the-fly模式更方便简单进行代码覆盖分析,无需提前进行字节码插桩,无需考虑classpath 的设置。
  存在如下情况不适合on-the-fly,需要采用offline提前对字节码插桩:
  (1)运行环境不支持java agent。
  (2)部署环境不允许设置JVM参数。
  (3)字节码需要被转换成其他的虚拟机如Android Dalvik VM。
  (4)动态修改字节码过程中和其他agent冲突。
  (5)无法自定义用户加载类。
  2. JaCoCo执行最小的java版本
  最小需要Java1.5
  3. 字节码处理方式
  JaCoCo通过注入来修改和生成java字节码,使用的是ASM库。
  4. java方法控制流分析
  JaCoCo是如何在字节码注入的?
  我们带着疑问来看下面的内容:
  先举个实例,有个java方法:
  编译后转换成字节码后,内容如下:
  我们知道JaCoCo是字节码注入方式,它是通过一个Probe探针的方式来注入的,具体如下:
  探针是字节指令集插入到java方法中,程序执行后可以被记录,它不会改变原有代码的行为。
  我们看看探针前后插入比较:
  颜色的部分就是探针注入的地方。
  JaCoCo是根据控制流Type来采用不同的探针插入策略的。
  一个用java字节码定义的java方法的控制流图可能有以下的type,每一个type连接一个源指令与目标指令,type不同探针的注入策略也会不同,如下是type定义:
  探针不改变该方法的行为,但记录他们已被执行的事实,从理论上讲,可以在控制流图的每一个边插入一个探针,作为探针实现本身需要多个字节码指令,这将增加几倍的类文件的大小和执行速度。
  事实上,只需要一个几个探头,根据每个方法的控制流的方法,下面说明了如何在不同的边缘类型的情况下添加额外的指令:
  一个instrumented class可以用以下代码检索其探针数组实例:
  JaCoCo是用一个布尔数组来实现探针,每个探针对应于该数组中的项。当以下四个字节码指令触发时探针进行输入设置为true:
  JaCoCo对行探针是这样处理的,添加两行指令之间的一个额外的探针时,后续行至少包含一个方法调用。
  以上是JaCoCo插桩原理,如果想深入了解,可以去看看它的源码实现。
  三、JaCoCo使用方式
  使用方式有很多,这里贴出了相应的参考链接,根据项目的不同可以灵活供有需要的读者去学习。
  3.1 Apache Ant方式
  参见 http://eclemma.org/jacoco/trunk/doc/ant.html
  主要有以下几种,具体使用就不介绍了,应用宝是用的这种方式,后续有介绍。
  Task coverage、Task agent、Task dump、Task merge、Task report、Task instrument
  3.2 命令行方式
  参见 http://www.eclemma.org/jacoco/trunk/doc/agent.html
  使用方式说明:
  主要放在JAVA_OPTS中,比如:
  由AgentOptions的getVMArgument方法加载,各参数入AgentOptions的对应参数,为后续操作做为输入。
  下面是官网的所有参数说明:
  系统在jvm停止的时候会dump覆盖率信息。
  关键的核心代码在这里,Agent.java在有一段代码
  Runtime.getRuntime().addShutdownHook这个方法的意思就是在jvm中增加一个关闭的钩子,当jvm关闭的时候,会执行系统中已经设置的所有通过方法addShutdownHook添加的钩子,当系统执行完这些钩子后,jvm才会关闭。所以这些钩子可以在jvm关闭的时候进行内存清理、对象销毁等操作。
  也就是在JVM关闭的时候调用agent.shutdown(),也就是写覆盖率数据。
  ###3.3 Apache Maven方式
  参见 http://www.eclemma.org/jacoco/trunk/doc/maven.html
  这种方式适合Maven的项目。
  下面简单说下调用方式原理:
  就拿官方的Offline Example来说吧,其内容如下:
  注意蓝色的部分,上面的配置主要做了以下几个事情:
  (1)项目已jar包方式打包,引入junit和jacoco。
  (2)Build时执行instrument、report、check。
  (3)覆盖率生成到target/jacoco.exec
  我们看看他是怎么触发调用的。
  在jacoco源码中:jacoco-maven-plugin\target\classes\META-INF\maven\org.jacoco\jacoco-maven-plugin目录下有个plugin-help.xml文件,它里面标明了具体的调用方式。
  截出instrument这段,关键地方就是下面蓝色部分。
  官网上关于参数的说明:
  给出一个整理后的表格:
  再给一个jacoco的maven部分的代码目录:
  到这里,大家应该清楚其调用的方式了吧。
  ###3.4 Eclipse EclDmma Plugin方式
  具体步骤如下:
  (1)在Eclipse菜单中选择Help → Install New Software...
  (2)在安装弹框中输入http://update.eclemma.org/,勾选出现的版本。
  (3)核对版本,点击Next。
  (4)根据向导完成安装。
  (5)使用就不说了。
  ###3.5 与Jekins集成
  (1)先要在jenkins上安装JaCoCo的插件,安装完成之后在job的配置项中可以增加这个选项(如图1-2):
  图1-2
  (2)选择后出现(图1-3):
  图1-3
  第一个录入框是你的覆盖率文件(exec),第二个是class文件目录,第三个是源代码文件目录。
  (3)配置好了之后进行构建,构建完成之后job首页就会出现覆盖率的趋势图(图1-4),鼠标点击趋势图可以看到覆盖率详情(图1-5) ,包括具体覆盖率数据和源码的覆盖率情况:
  图1-4 趋势图
  图1-5 覆盖率详情
  JaCoCo原理篇就介绍到这里了,后续还有项目实践篇和踩坑篇,实践篇主要介绍下JaCoCo在实际业务中的使用情况,踩坑篇里面包含了几个当时遇到的比较棘手的问题的解决思路,有兴趣的童鞋请关注。
  本章完~


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