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如何写好单元测试？

2020 年 9 月 29 日 阿里技术

阿里妹导读：单元测试的好处到底有哪些？每次单测启动应用，太耗时，怎么办？二方三方接口可能存在日常没法用，只能上预发/正式的情况，上预发测低效如何处理？本文分享三个单元测试神器及相关经验总结。


文末福利：《Linux运维学习路线》技术公开课。


一  首先什么是好代码？


Q1：好代码应具备可读性，可测试性，可扩展性等等，那么如何写出好代码？

A：设计思想 & 编码规范。

二  设计思想&设计原则&设计模式

1  设计原则（S.O.L.I.D）

SRP 单一职责原则

  • 软件模块应该只有一个被修改的理由。在大多数情况下，编写Java代码时都会将单一职责原则应用于类。单一职责原则可被视为使封装工作达到最佳状态的良好实践。更改的理由是：需要修改代码。


  • 单一原则，类、方法只干一件事。


OCP 开闭原则

  • 模块、类和函数应该对扩展开放，对修改关闭。


  • 通过继承和多态扩展来添加新功能。开闭原则是最重要的设计原则之一，是大多数设计模式的基础。


  • 软件建设一个复杂的结构，当我们完成其中的一部分，就应该不要修改它，而是在其基础上继续建设。


LSP 里式替换原则

  • 在设计模块和类时，必须确保派生类型从行为的角度来看是可替代的。


  • 使用父类的地方都可以用子类替代。


  • 父类最好为抽象类。


  • 子类可实现父类的非抽象方法，尽量不要覆盖重写已实现的方法。


  • 子类可写自身的方法，有自身的特性，在父类的基础上扩建。


  • 子类覆盖重写父类方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松，后置条件（返回值）要更严格。


ISP 接口隔离原则

  • 减少了代码耦合，使软件更健壮，更易于维护和扩展。


  • 客户端不应该依赖它所不需要的接口。


DIP 依赖倒置原则

  • 高级模块不应该依赖低级模块，两者都应该依赖抽象。


  • 抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。


DRY 原则、KISS 原则、YAGNI 原则、LOD 法则

  • DRY：不要干重复的事儿。


  • KISS：不要干复杂的事儿，思从深而行从简。


  • YAGNI：不要干不需要的事儿，尺度把握尤为重要，超越尺度则会有过度设计之嫌。


  • LOD：最小依赖。


设计模式

设计模式最重要的点还是在于解耦和复用，创建型模式将创建代码与使用代码解耦，结构型模式是将功能代码解耦，行为型模式将行为代码解耦，最终达到高内聚，松耦合的目标，设计模式体现了设计原则。

附：我们经常说的“高内聚 松耦合”究竟什么是高内聚，什么是松耦合？

  • 高内聚：相近功能放在同一类中，相近功能往往会被同时修改，放到同一个类中在修改时，代码更易维护（指导类本身的设计）


  • 松耦合：类与类之间的依赖关系简单清晰，一个类的代码改动不会或者很少导致依赖类的代码修改（指导类间依赖关系设计）


Q2: 那么如何验证代码是好代码呢？

A: CR & 单测（下面进入正题^_^）

三  什么是单测？

单 元测试（unit testing），指由开发人员对软件中的最小可测试单元进行检查和验证。对于单元测试中单元的含义，一般来说，要根据实际情况去判定其具体含义，如C语言中单元指一个函数，Java里单元指一个类，图形化的软件中可以指一个窗口或一个菜单等。总的来说，单元就是人为规定的最小的被测功能模块。单元测试是在软件开发过程中要进行的最低级别的测试活动，软件的独立单元将在与程序的其他部分相隔离的情况下进行测试。

来源：https://baike.baidu.com/item/单元测试

四  为什么要写单测？

1  异（che）常（huo）场（xian）景（chang）

相信大家肯定遇到过以下几种情况：

  • 测试环境没问题，线上怎么就不行。


  • 所有异常捕获，一切尽在掌控（你以为你以为的是你以为的）。


  • 祖传代码，改个小功能（只有上帝知道）。


  • .....


要想故障出的少，还得单测好好搞。

2  优点

提高代码正确性

  • 流程判读符合预期，按照步骤运行，逻辑正确。


  • 执行结果符合预期，代码执行后，结果正确。


  • 异常输出符合预期，执行异常或者错误，超越程序边界，保护自身。


  • 代码质量符合预期，效率，响应时间，资源消耗等。


发现设计问题

  • 代码可测性差

  • 方法封装不合理

  • 流程不合理

  • 设计漏洞等


提升代码可读性

  • 易写单测的方法一定是简单好理解的，可读性是高的，反之难写的单测代码是复杂的，可读性差的。


顺便微重构

  • 如设计不合理可微重构，保证代码的可读性以及健壮性。


提升开发人员自信心

  • 经过单元测试，能让程序员对自己的代码质量更有信心，对实现方式记忆更深。


启动速度，提升效率

  • 不用重复启动Pandora容器，浪费大量时间在容器启动上，方便逻辑验证。


场景保存（多场景）

  • 在HSF控制台中只能保存一套参数，而单测可保存多套参数，覆盖各个场景，多条分支，就是一个个测试用例。


CodeReview时作为重点CR的地方


好的单测可作为指导文档，方便使用者使用及阅读


  • 写起来，相信你会发现更多单测带来的价值。


3  举个小例子

改动前：OSS文件夹概念是通过文件名创建的，下面改动前的方法入参是File，该方法可以正常使用，但是在写单测的时候，我发现使用文件有两个成本：

  • 必须要有默认文件。


  • 要编写获取文件的路径的方法。


坑：本地获取的路径与在容器获取的路径是不一致的，复杂度明显增高。 

/** * 向阿里云的OSS存储中存储文件 （改动前） * * @param client OSS客户端 * @param file   上传文件 * @return String 唯一MD5数字签名 */ private static void uploadObject2Oss(OSS client, File file, String bucketName, String dirName) throws Exception {     InputStream is = new FileInputStream(file);     String fileName = file.getName();     Long fileSize = file.length();     //创建上传Object的Metadata     ObjectMetadata metadata = new ObjectMetadata();     metadata.setContentLength(is.available());     metadata.setCacheControl("no-cache");     metadata.setHeader("Pragma", "no-cache");     metadata.setContentEncoding("utf-8");     metadata.setContentType(getContentType(fileName));     metadata.setContentDisposition("filename/filesize=" + fileName + "/" + fileSize + "Byte.");     //上传文件     client.putObject(bucketName, dirName + PublicConstant.DIAGONAL_CHARACTER + fileName, is, metadata);}

改动后：将入参file修改为inputStream，这样便可省去创建文件以及编写获取获取文件路径方法，同时还避免了获取路径的坑，一举两得，也通过单测找到了代码设计不合理之处。 

/** * 向阿里云的OSS存储中存储文件（改动后） * * @param client   OSS 上传client * @param bucketName bucketName * @param dirName  目录 * @param is       输入流 * @param fileName 文件名 * @param fileSize 文件大小 * @throws Exception */ private void uploadObject2Oss(OSS client, String bucketName, String dirName, InputStream is, String fileName,    long fileSize) throws Exception {    //创建上传Object的Metadata    ObjectMetadata metadata = new ObjectMetadata();    metadata.setContentLength(is.available());    metadata.setCacheControl("no-cache");    metadata.setHeader("Pragma", "no-cache");    metadata.setContentEncoding("utf-8");    metadata.setContentType(getContentType(fileName));    metadata.setContentDisposition("filename/filesize=" + fileName + "/" + fileSize + "Byte.");    //上传文件    client.putObject(bucketName, dirName + PublicConstant.DIAGONAL_CHARACTER + fileName, is, metadata);}

4  还想再举一个

以下这个方法先不说可读性问题，单从编写单测来验证逻辑是否正确，在写单测时需要：

  • 构造sourceInfos列表

  • 构造String数组

  • 构造map对象

  • 构造List

  • 构造User 对象


显然这个方法是非常复杂的，但是逻辑就是得到一个指定长度列表。 

/** * 按比例混排结果 （改动前） * @param sourceInfos 渠道配比信息 * @param resultMap 结果 * @param pageSize 总条数 * @param aliuid 用户id * @return 结果集 */private List<String> getResultList(List<String[]> sourceInfos, Map<String, List<String>> resultMap, int pageSize, User user) {    Map<String, Integer> sourceNumMap = new HashMap<>(sourceInfos.size());    sourceInfos.stream().forEach(s -> sourceNumMap.put(s[0], Integer.parseInt(s[1]) * pageSize / 100));    List<String> resultList = new ArrayList<>();    resultMap.forEach((s, strings) -> resultList.addAll(strings.stream().limit(sourceNumMap.get(s)).collect(        Collectors.toList())));    // 弥补条数，防止数据量不足    if (resultList.size() < pageSize) {        compensate(resultList, pageSize, user.getAliuid());    }    return resultList;}

改动后：将入参改为List sourceInfos, int pageSize, String aliuid，将String[]改为SourceInfo，提升代码可读性，否则无从得知s[0]表示什么，s[1]表示什么，在写单测时需要：

  • 构造List列表

  • 构造SourceInfo对象


经过改造，可测试性、可读性均有提升，另外在这个例子中其实user对象只使用了aliuid，无需传入整个对象，遵循KISS原则。 

/** * 按比例混排结果 * @param sourceInfos 渠道配比信息 * @param pageSize 条数 * @param aliuid 用户id * @return 结果集 */private List<String> getResultList(List<SourceInfo> sourceInfos, int pageSize, String aliuid) {    // 获取结果集    List<String> resultList = sourceInfos.stream()        .flatMap(sourceInfo -> {            int needNum = (int)(sourceInfo.getSourceRatio() * pageSize / 100);            return listSource(sourceInfo.getSourceChannel(), needNum, aliuid).stream();        }).collect(Collectors.toList());    // 补偿数据    compensate(resultList, pageSize, aliuid());    return resultList;}

五  如何写好单测？

1  工具

工欲善其事必先利其器，抗拒写单测的其中最主要的一个原因就是没有神器在手！

Fast-tester

每次启动应用动辄就是几分钟起，想要测试一个方法，上个厕所回来可能应用还没启动，如此低效，怎么愿意去写，fast_tester只需要启动应用一次（tip: 添加注解及测试方法需要重新启动应用），支持测试代码热更新，后续可随意编写测试方法，一个字“秀”！

使用方式：

（1）需要引入jar包 

<dependency>    <groupId>com.alibaba</groupId>    <artifactId>fast-tester</artifactId>    <version>1.3</version>    <scope>test</scope></dependency>

（2）在test的package下创建TestApplication 

/** * @author QZJ * @date 2020-08-03 */@SpringBootApplicationpublic class TestApplication {    public static void main(String[] args){        PandoraBootstrap.run(args);        ConfigurableApplicationContext context = SpringApplication.run(TestApplication.class, args);        // 将ApplicationContext传给FastTester        FastTester.run(context);    }}


（3）编写需要依赖pandora容器的case 

/** * tip:添加注解及方法需要重新启动应用 * * @author QZJ * @date 2020-08-03 */@Slf4jpublic class BucketServiceTest {
    @Autowired    BucketService bucketService;
    @Test    public void testSaveBucketInfo() {        BucketRequest bucketRequest = new BucketRequest();                // 缺少参数        bucketRequest.setAccessKeyId("123");        bucketRequest.setAccessKeySecret("123");        bucketRequest.setBucketDomain("123");        bucketRequest.setEndpoint("123");        bucketRequest.setRegionId("123");        bucketRequest.setRoleArn("123");        bucketRequest.setRoleSessionName("123");        Result<Long> result = bucketService.saveBucketInfo(bucketRequest);        log.info("缺少参数 result :{}", JSON.toJSONString(result));                // bucketName 重复        bucketRequest.setBucketName("video2sky");        result = bucketService.saveBucketInfo(bucketRequest);        log.info("bucketName 重复 result :{}", JSON.toJSONString(result));                // 正例（执行后，则bucketName已存在，需更换bucketName）        bucketRequest.setBucketName("12345");        result = bucketService.saveBucketInfo(bucketRequest);        log.info("正例 result :{}", JSON.toJSONString(result));    }        @Test    public void testCreateBucketFolder() {        BucketFolderRequest bucketFolderRequest = new BucketFolderRequest();        bucketFolderRequest.setFolderPath("/test");        bucketFolderRequest.setAppName("wudao");        bucketFolderRequest.setDescription("data");        bucketFolderRequest.setWriteTokenExpireTime(3600L);        Result<Long> result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);        log.info("缺少参数 result :{}", JSON.toJSONString(result));                // 错误的bucketId        bucketFolderRequest.setBucketId(1L);        result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);        log.info("错误的bucketId result :{}", JSON.toJSONString(result));                // 异常的读时间,读写时间不得超过2小时        bucketFolderRequest.setWriteTokenExpireTime(7300L);        result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);        log.info("异常的读时间 result :{}", JSON.toJSONString(result));                // 重复的bucketFolder        bucketFolderRequest.setBucketId(11L);        bucketFolderRequest.setWriteTokenExpireTime(3500L);        result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);        log.info("重复的bucketFolder result :{}", JSON.toJSONString(result));                // 正例 (本地与服务器默认文件地址不一致，所以本地无法执行成功，除非改地址，或者添加分支代码)        bucketFolderRequest.setFolderPath("/test2");        result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);        log.info("正例 result :{}", JSON.toJSONString(result));    }}

（4）启动TestApplication，输入对应类名，选择要执行的相应方法即可（切换测试类，直接重新输入类路径(包名+文件名)即可，原理还是反射）。


Tip：如果service注解失败，检查测试包的层级，例如：


Junit

JUnit是一个Java语言的单元测试框架, Junit测试是程序员测试，即所谓白盒测试，因为程序员知道被测试的软件如何（How）完成功能和完成什么样（What）的功能。继承TestCase类，就可以用Junit进行自动测试。

来源：https://baike.baidu.com/item/白盒测试

使用方式：

（1）私有方法测试 

/** * 普通类测试，无需启动容器 * * @author QZJ * @date 2020-08-05 */@Slf4jpublic class OssServiceTest {        private OssServiceImpl ossService = new OssServiceImpl();
    @Test    public void testCreateOssFolder() {        try {            // 私有方法测试：方法一：用反射（推荐）；方法二：修改类中方法属性（不推荐）            Method method = OssServiceImpl.class.getDeclaredMethod("createOssFolder",                new Class[] {OSS.class, String.class, String.class});            method.setAccessible(true);            OSS client = new OSSClientBuilder().build("oss-cn-beijing.aliyuncs.com", "**",                "****");            Object obj = method.invoke(ossService, new Object[] {client, "***", "wudao/test3"});            Assert.assertEquals(true, obj);        } catch (Exception e) {            Assert.fail("testCreateOssFolder fail");        }    }}

（2）相关测试注解如@Ignore使用，相关属性如timeout测试接口性能、expected异常期望返回结果使用，测试全部测试方法等。 

/** * 普通工具类测试 * @author QZJ * @date 2020-08-05 */@Slf4jpublic class DateUtilTest {
    @Ignore // 忽略该方法执行结果    @Test    public void testGetCurrentTime(){        String dateStr = DateUtil.getCurrentTime("yyyy-MM-dd HH:mm");        log.info("date:{}", dateStr);        Assert.assertEquals("2020-08-05 17:22", dateStr);    }
    // 方法超时时间设置以及期望执行抛出的异常类型设置（错误的日期格式解析异常）    @Test(timeout = 110L, expected = ParseException.class)    public void testString2Date() throws ParseException{        Date date = DateUtil.string2Date("20202-02 02:02");        log.info("date:{}" , date);        //Thread.sleep(200L);    }
    @BeforeClass    public static void beforeClass() {        log.info("before class");    }
    @AfterClass    public static void  afterClass() {        log.info("after class");    }
    @Before    public void before() {        log.info("before");    }
    @After    public void after() {        log.info("after");    }
    public static void main(String[] args) {        // 不需启动容器的情况下使用，跑类中所有case        Result result = JUnitCore.runClasses(DateUtilTest.class);        result.getFailures().stream().forEach(f -> System.out.println(f.toString()));        log.info("result:{}", result.wasSuccessful());    }}

详细使用文档见：
https://wiki.jikexueyuan.com/project/junit/environment-setup.html

Mockito

Mockito是一个针对Java的mocking框架，主要作用mock请求及返回值。

Mockito可以隔离类之间的相互依赖，做到真正的方法级别单测。

使用方式：

（1）需要引入jar包 

<dependency>   <groupId>org.mockito</groupId>   <artifactId>mockito-all</artifactId>   <version>1.9.5</version>   <scope>test</scope></dependency>

（2）编写测试代码（例子）

需要测试的方法中调用了二方/三方接口，而接口无测试环境，为了测试方法逻辑，可以模拟接口返回结果（对原先代码无侵入），达到应用内测试闭环。

tip：mock数据并非真正的返回值，需要注意返回的结果类型，字符串长度等，防止出现转化，入库字段超长等问题。 

@Overridepublic ConsumeCodeResult consumeCode(String code) {    // 权益核销    if (code.startsWith(BENEFIT_CENTER_CODE_HEADER) && BENEFIT_CENTER_CODE_LENGTH == code.length()) {        return consumeCodeFromCodeBenefitCenter(code);    }    // 码商核销    return consumeCodeFromCodeCenter(code);}
/** * 从权益中心核销电子凭证 * * @param code 电子码 * @return 核销结果 */private ConsumeCodeResult consumeCodeFromCodeBenefitCenter(String code) {    // 参数构造    BenefitUseDTO benefitUseDTO = new BenefitUseDTO();    benefitUseDTO.setCouponCode(code);    benefitUseDTO.getExtendFields().put("configId", benefitId);    benefitUseDTO.getExtendFields().put("type", BenefitTypeEnum.CODE_GENERAL.getType().toString());    AlispResult alispResult = benefitService.useBenefit(benefitUseDTO);    log.info("benefitUseDTO:{}, result:{}", benefitUseDTO, alispResult);    if (alispResult.isSuccess()) {        BenefitUseResult benefitUseResult = (BenefitUseResult)alispResult.getValue();        return new ConsumeCodeResult(benefitUseResult.getOutOrderId(),            String.valueOf(benefitUseResult.getConfigId()), benefitUseResult.getUseTime());    }    // 已使用    if (BizErrorCodeEnum.BENEFIT_RECORD_USED.name().equals(alispResult.getErrCodeName())) {        throw new BizException(StudentErrorEnum.VERIFICATION_CODE_REPEAT);    } else if (BizErrorCodeEnum.BENEFIT_RECORD_NOT_EXIST.name().equals(alispResult.getErrCodeName())        || BizErrorCodeEnum.BENEFIT_RECORD_EXPIRED.name().equals(alispResult.getErrCodeName())) {        // 不存在或者过期        throw new BizException(StudentErrorEnum.VERIFICATION_CODE_INVALID);    } else {        // 其他异常        throw new BizException(StudentErrorEnum.VERIFICATION_CODE_CONSUME_FAILED);    }}
@Testpublic void mockConsume(){    BenefitService benefitService = Mockito.mock(BenefitService.class);    // 核销成功链路    AlispResult alispResult = new AlispResult(true);    BenefitUseResult benefitUseResult = new BenefitUseResult();    benefitUseResult.setConfigId(1L);    benefitUseResult.setOutOrderId("lalala");    benefitUseResult.setUseTime(new Date());    alispResult.setValue(benefitUseResult);
    Mockito.when(benefitService.useBenefit(Mockito.any(BenefitUseDTO.class))).thenReturn(alispResult);    ConsumeCodeService consumeCodeService = new ConsumeCodeServiceImpl(benefitService, "1");    ConsumeCodeResult consumeCodeResult = consumeCodeService.consumeCode("082712345678");    System.out.println(JSON.toJSONString(consumeCodeResult));
    alispResult = new AlispResult(false);    // 已核销链路    alispResult.setErrCodeName("BENEFIT_RECORD_USED");    // 已过期链路    //alispResult.setErrCodeName("BENEFIT_RECORD_EXPIRED");    // 码不存在链路    //alispResult.setErrCodeName("BENEFIT_RECORD_NOT_EXIST");    // 其他返回错误    //alispResult.setErrCodeName("LALALA");
    Mockito.when(benefitService.useBenefit(Mockito.any(BenefitUseDTO.class))).thenReturn(alispResult);    consumeCodeService = new ConsumeCodeServiceImpl(benefitService, "1");    try {        consumeCodeService.consumeCode("082712345678");    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }
    // 核销码头有误    consumeCodeService = new ConsumeCodeServiceImpl(benefitService, "1");    try {        consumeCodeService.consumeCode("081712345678");    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }    // 核销码长度有误    consumeCodeService = new ConsumeCodeServiceImpl(benefitService, "1");    try {        consumeCodeService.consumeCode("08271234567");    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }}

Mockito的功能非常多，可以验证行为，做测试桩，匹配参数，验证调用次数和执行顺序等等，在这不一一枚举了，更多详细使用可见文档：
https://github.com/hehonghui/mockito-doc-zh

2  覆盖率

覆盖率是度量测试完整性的一个手段，是测试有效性的一个度量。

覆盖率准则

  • 函式覆盖率（Function coverage）：有呼叫到程式中的每一个函式（或副程式）吗？


  • 指令覆盖率（Statement coverage）：若用控制流图（英语：control flow graph）表示程式，有执行到控制流图中的每一个节点吗？


  • 判断覆盖率（Decision coverage）：（和分支覆盖率不同）若用控制流图表示程式，有执行到控制流图中的每一个边吗？例如控制结构中所有IF指令都有执行到逻辑运算式成立及不成立的情形吗？


  • 条件覆盖率（Condition coverage）：也称为谓词覆盖（predicate coverage），每一个逻辑运算式中的每一个条件（无法再分解的逻辑运算式）是否都有执行到成立及不成立的情形吗？条件覆盖率成立不表示判断覆盖率一定成立。


  • 条件/判断覆盖率（Condition/decision coverage）：需同时满足判断覆盖率和条件覆盖率。


场景总结

  • 必要的

  • 复杂的

  • 重要的

  • 不写无用的


具体还需自己判断，但是要避免过度自信。

覆盖率要求

是否覆盖率越高越好？回归根本，我们写单测的意义最重要的一点是为了保证代码的正确性，如果我们把复杂的、重要的、必要的测试覆盖到，即可保证应用的正确性，例如set、get方法，完全没有必要写单测，不必为了追求覆盖率而刻意写单测，尺度这个东西，无论何时何事都是要有分寸的。躬身入局，写起来，会慢慢找到节奏的。

3  思想

测试工具是神兵利器，设计原则是内功心法，设计原则作为编写代码的指导思想，单元测试作为验证代码好坏的有效途径，共同推动代码演进。

6  最后

影响单测落地的原因：

  • 团队无单测习惯，个人是否follow

  • 业务压力大，觉得写单测耗时

  • 觉得可有可无

  • 单测是一个程序员的自我修养

 

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