Java Must-Know-Reihe: Testing Framework und Unit Testing

Autor: Zen und die Kunst der Computerprogrammierung

1. Einleitung

Was ist Unit-Test? Warum Unit-Tests? Auf welche Aspekte sollten wir beim Unit-Testen achten? Was sind die Schwierigkeiten und Herausforderungen beim Unit-Testen? Wenn Sie ein Ingenieur oder Arbeiter mit umfangreicher Programmiererfahrung sind, sind Sie bereit, diesen Artikel von Anfang an zu lesen? Wenn Sie bereits über entsprechende Wissensreserven verfügen und den Inhalt dieses Artikels vollständig verstehen, sind Sie herzlich eingeladen, an dieser Studienreihe teilzunehmen, um die neuesten Technologien im Bereich „Testen“ zu diskutieren und zu erlernen, um Ihre Wettbewerbsfähigkeit am Arbeitsplatz zu steigern!

1. Warum Unit-Tests?

Unit Testing bezieht sich auf das unabhängige Testen jeder Funktion, jedes Moduls oder jeder Klasse, um zu überprüfen, ob ihre Funktionalität den Erwartungen entspricht. Der Zweck von Unit-Tests besteht darin, die Codequalität sicherzustellen, Fehler zu erkennen und sie frühzeitig zu korrigieren, um Produktausfälle zu verhindern. Dadurch wird die Codezuverlässigkeit verbessert, die Wartungskosten gesenkt und Entwicklungszeit und -ressourcen gespart.

Ein guter Unit-Test sollte die folgenden Eigenschaften aufweisen:

1. Wiederholbarkeit: Unit-Tests sollten mehrfach ausgeführt werden können und die gleichen Ergebnisse liefern, um sicherzustellen, dass der getestete Code nicht von externen Umgebungen wie Datenbanken oder Netzwerken abhängt;
2. Testbarkeit: Unit-Tests müssen in der Lage sein, jedes Modul des gesamten Softwaresystems abzudecken, anstatt eine Funktion einzeln zu testen;
3. Automatisierung: Unit-Tests müssen automatisch über Skripte oder Tools ausgeführt werden, was manuelle Zeit und Energie spart und das Testen beschleunigt.
4. Schnelles Feedback: Je schneller Unit-Tests laufen sollten, desto einfacher ist es, Feedback zu erhalten.

2. Prinzipien des Unit-Tests

Beim Schreiben von Unit-Tests sollten Sie die folgenden Grundsätze befolgen:

1. Jede Klasse verfügt über mindestens eine Testmethode;
2. Die Benennung von Testmethoden sollte mit test_ beginnen, z. B. test_myFunc;
3. Jede Testmethode sollte eine bestimmte Eingabe-Ausgabe-Kombination testen.
4. Schreiben Sie Unit-Tests mit einem testgetriebenen Entwicklungsansatz (TDD).

3. Ziele und Prozess des Unit-Tests

Das Ziel des Unit-Tests besteht darin, die Richtigkeit jeder Funktion zu überprüfen. Dies umfasst hauptsächlich die folgenden drei Schritte:

1. Konfigurieren Sie die Testumgebung: Bereiten Sie Testdaten vor, richten Sie die Betriebsumgebung ein und führen Sie verschiedene zum Testen erforderliche Ressourcen ein, im Allgemeinen einschließlich Datenbankverbindungen, Webserver, Nachrichtenwarteschlangen usw.;
2. Führen Sie den Testfall aus: Führen Sie die getestete Funktion gemäß den Eingabebedingungen aus, vergleichen Sie die tatsächlichen Ergebnisse mit den erwarteten Ergebnissen und bestätigen Sie, ob die Ausgabe korrekt ist.
3. Bereinigen Sie die Testumgebung: Recyceln Sie die vom Test belegten Ressourcen, bereinigen Sie irrelevante Dateien in der Umgebung usw.

4. Einführung in JUnit und Mockito

JUnit ist ein Open-Source-Java-Testframework, das im Jahr 2000 erstellt wurde und derzeit der Oracle Corporation gehört. JUnit bietet eine einfache und benutzerfreundliche API zum Schreiben und Ausführen von Testfällen. Da JUnit den Testprinzipien von JUnit folgt, kann es Testern effektiv beim Schreiben von Unit-Tests helfen.

Mockito ist ein Java-Mocking-Framework, das während des Testens Scheinobjekte oder Stubs bereitstellt und so das Schreiben, Verstehen und Ausführen von Unit-Tests erleichtert. Mockito unterstützt verschiedene Mockito-Matcher, und Sie können bestätigen, dass die Ausgabe korrekt ist, indem Sie die Aufrufparameter validieren.

5. Inhalte und Schwierigkeiten des Unit-Tests

Der Inhalt des Unit-Tests umfasst hauptsächlich die folgenden Aspekte:

1. Eingabetests: Überprüfen Sie die Rechtmäßigkeit der Eingabe, Grenzwerte, Ausnahmen usw., um potenzielle Fehler im Code zu entdecken.
2. Logiktest: Testen Sie, ob die Geschäftslogik der Funktion den Designanforderungen entspricht, z. B. um festzustellen, ob die Eingabe und Ausgabe korrekt sind usw.
3. Grenztests: Überprüfen Sie, ob der Code beim Umgang mit Extremsituationen wie Nullzeigerausnahmen, Überlaufausnahmen usw. fehlertolerant ist.
4. Leistungstests: Überprüfen Sie die Ausführungsgeschwindigkeit des Codes und verbessern Sie die Zuverlässigkeit und Effizienz des Codes.
5. Kompatibilitätstests: Überprüfen Sie die Kompatibilität unter verschiedenen Versionen und Plattformen.
6. Schnittstellentest: Überprüfen Sie, ob die Schnittstelle der Funktion den Erwartungen des Benutzers entspricht, z. B. ob die Parameter korrekt sind, ob der Rückgabewerttyp korrekt ist usw.
7. Automatisierte Tests: Verwenden Sie Skripte und Tools, um automatisierte Unit-Tests zu implementieren und so die Effizienz zu verbessern.

Die Hauptschwierigkeiten beim Unit-Testen sind folgende:

1. Testen tiefer Logik: Der Schlüssel zum Unit-Testen liegt im Testen tiefer Logik. Das Testen tiefer Logik erfordert jedoch zwangsläufig komplexe Datenstrukturen und Algorithmen und ist daher auch sehr schwierig.
2. Abhängigkeitsmanagement: Unit-Tests beinhalten oft Interaktionen zwischen mehreren Komponenten. Wie man diese Komponenten miteinander integriert und die Abhängigkeiten dieser Komponenten effektiv verwaltet, ist eine der Schwierigkeiten beim Unit-Testen.
3. Schwierigkeiten beim Debuggen: Da Unit-Tests normalerweise während der Entwicklung geschrieben werden, ist es schwierig, Fehler zu lokalisieren. Um dieses Problem zu lösen, müssen Debugging-Tools für Komponententests geschrieben werden, z. B. zum Drucken des Aufrufstapels, wenn die Behauptung fehlschlägt.

6. Unit-Test-Übungsplan

Der praktische Plan für Unit-Tests ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

(1) Eingabetest

Im Allgemeinen wird beim Eingabetest ein Satz Eingabedaten übergeben und anschließend geprüft, ob die Funktion diese korrekt verarbeiten kann. Der Zweck des Eingabetests besteht darin, zu überprüfen, ob die Funktion zulässige Eingabedaten verarbeiten kann und ob sie einige illegale Eingabedatenszenarien verarbeiten kann. Wenn eine Funktion beispielsweise zwei ganzzahlige Parameter empfängt, können wir zwei positive ganze Zahlen unterschiedlicher Größe und eine negative Zahl als Eingabe angeben, um jeweils die Verarbeitungsergebnisse der Funktion zu testen. Wenn die Funktion keine Fehlermeldungen hat, kann davon ausgegangen werden, dass ihr Eingabetest bestanden wurde.

(2) Logiktest

Logische Tests umfassen einige Testfälle mit praktischer Bedeutung. Wenn eine Funktion beispielsweise die Summe zweier Zahlen berechnet, können Sie positive ganze Zahlen, negative ganze Zahlen und Nullen unterschiedlicher Größe als Eingaben testen und prüfen, ob die Ausgabe der Funktion korrekt ist. Wenn die Logik der Funktion falsch ist, kann es zu falschen Berechnungsergebnissen kommen. In diesem Fall muss die Logik der Funktion korrigiert werden.

(3) Grenztests

Die Eingabegrenze einer Funktion bezieht sich auf den niedrigsten, höchsten und normalen Eingabedatenbereich, den die Funktion akzeptieren kann. Wenn die Eingabe der Funktion diese Grenzen überschreitet, tritt ein Fehler auf. Beispielsweise können die Parameter einer Funktion nur ganze Zahlen sein. Wenn also eine Eingabe vom Typ „nicht ganzzahlig“ erfolgt, meldet die Funktion einen Fehler. Wir können einige Werte außerhalb des normalen Bereichs angeben, um die Fehlertoleranz der Funktion zu testen.

(4) Leistungstest

Die Leistung einer Funktion bezieht sich auf die Reaktionsgeschwindigkeit der Funktion. Die Reaktionsgeschwindigkeit bezieht sich hier darauf, wie viele Rechenaufgaben die Funktion pro Sekunde erledigen kann. Leistungstests von Funktionen können die Laufzeit der Funktion testen, insbesondere unter hoher Last, z. B. bei gleichzeitigen Anforderungen.

(5) Kompatibilitätstest

Unter Kompatibilitätstests versteht man das Testen, ob eine Funktion unter verschiedenen Betriebssystemen und Hardwarekonfigurationen normal funktionieren kann. Der Zweck besteht darin, sicherzustellen, dass die Funktion auf verschiedenen Plattformen normal ausgeführt werden kann, und Probleme durch Plattformunterschiede zu vermeiden.

(6) Schnittstellentest

Unter Schnittstellentests versteht man das Testen, ob die Eingabeparameter, Ausgabeparameter und Ausnahmeinformationen der Funktion den Anforderungen entsprechen. Beispielsweise ob Typ, Anzahl und Reihenfolge der Eingabeparameter der Funktion mit der Dokumentbeschreibung übereinstimmen, ob die Ausgabe der Funktion korrekt ist und ob der Typ des Rückgabewerts korrekt ist. Schnittstellentests können Inkonsistenzen oder fehlende Bereiche zwischen Code und Dokumentation beheben.

(7) Automatisierte Tests

Unter automatisiertem Testen versteht man den Einsatz von Tools zur automatischen Generierung und Ausführung von Testfällen, um die Arbeitsbelastung der Tester zu verringern. Derzeit gibt es viele Tools und Frameworks, die automatisierte Tests implementieren können, wie zum Beispiel Junit, Mocha, PHPUnit usw. Der Einsatz automatisierter Tests kann den Personalaufwand erheblich reduzieren und die Testeffizienz verbessern.

7. Häufig gestellte Fragen und Antworten zum Unit-Testen

1. Was ist der Unterschied zwischen JUnit und Mockito?

JUnit ist ein Java-Testframework zum Erstellen und Ausführen von Unit-Tests. Es bietet eine benutzerfreundliche, flexibel erweiterbare API. Mockito ist ein Java-Mocking-Framework, das das Verhalten von Klassen und Schnittstellen simulieren kann. Es ist sehr nützlich für Unit-Tests. Die Hauptunterschiede zwischen den beiden sind folgende:

1. Funktion: Mockito kann das Verhalten simulierter Objekte erstellen und anhand der Überprüfung der Aufrufparameter überprüfen, ob die Ausgabe des Codes korrekt ist. JUnit kann Unit-Tests erstellen und auch Unit-Tests ausführen.
2. Zweck: Mockito eignet sich für komplexere Szenarien, in denen das Verhalten einer Klasse simuliert werden muss. JUnit konzentriert sich mehr auf das Schreiben, die Ausführung und die Ergebnisanalyse von Unit-Tests.
3. Installation: JUnit muss das Plug-In in der IDE installieren. Mockito kann direkt heruntergeladen und dem Projekt hinzugefügt werden.

2. Warum Unit-Tests?

Unit-Tests sollen die Qualität, Korrektheit, Robustheit und Zuverlässigkeit des Codes verbessern. Unit-Tests stellen die Qualität der Software sicher und verringern die Möglichkeit von Softwarefehlern, indem einige automatisierte Testfälle geschrieben werden, um die Funktionen und Prozesse im Code zu testen. Zu den Funktionen des Unit-Tests gehören:

1. Verbessern Sie die Codequalität: Durch Unit-Tests können Sie grammatikalische Fehler, logische Fehler, Funktionsfehler usw. im Code entdecken und so die Lesbarkeit und Wartbarkeit des Codes verbessern. Gleichzeitig können Unit-Tests auch die Zuverlässigkeit des Codes wirksam sicherstellen und Produktfehler vermeiden.
2. Reduzieren Sie die Wartungskosten: Nachdem Sie Unit-Tests geschrieben haben, können Sie sich auf das Verhalten des Codes konzentrieren und ignorieren, wie der Code implementiert wird. Auf diese Weise können Wartungskosten gesenkt, der Entwicklungszyklus verkürzt und die Stabilität und Vitalität des Codes erhöht werden.
3. Verbessern Sie die Entwicklungseffizienz: Unit-Tests können nicht nur die Qualität des Codes verbessern, sondern auch die Wartungskosten senken. Durch das Schreiben von Komponententests können Sie die Möglichkeit von Codefehlern reduzieren, die Entwicklungseffizienz verbessern, den Entwicklungszyklus verkürzen sowie Entwicklungszeit und -ressourcen sparen.

3. Wie schreibe ich Unit-Tests?

1. Schreiben Sie Testfälle mit dem TDD-Ansatz. Zuerst müssen Sie die Anforderungen klären und dann ein Minimum Viable Product (MVP) definieren. Der Schlüssel zur Bestimmung von MVP besteht darin, zuerst zu testen, d. h. zuerst Unit-Tests zu schreiben und dann Code zu implementieren, um Funktionen zu implementieren.
2. Separate Bedenken. Wenn Sie Unit-Tests schreiben, müssen Sie die Anliegen trennen und dürfen nicht alle Tests auf eine Funktion oder ein Modul konzentrieren. Dies erleichtert die Wartbarkeit und Skalierbarkeit.
3. Testen Sie nur wichtige Funktionen. Unit-Tests sollten nur wirklich wichtige Funktionen testen, keine trivialen Funktionen oder abhängige Bibliotheken von Drittanbietern.
4. Verwenden Sie Testdaten und Datenstrukturen. Unit-Tests sollten bestimmte Testdaten oder Datenstrukturen verwenden, andernfalls gibt es keine Möglichkeit zu beurteilen, ob sich die Funktion korrekt verhält.

4. Warum können Unit-Tests nicht alle Situationen vollständig abdecken?

Unit-Tests sind ein relativ allgemeines Konzept, das verschiedene Testmethoden umfasst. Da Unit-Tests hauptsächlich Codefunktionen testen und die Testobjekte auf Funktionen oder Module beschränkt sind, können nicht alle Situationen vollständig abgedeckt werden. Beispielsweise können mehrere Situationen einer Funktion unterschiedliche Codepfade auslösen oder zu unterschiedlichen Ausführungsergebnissen führen. Daher kann Unit-Test nicht alle Testfälle abdecken und muss zur Verifizierung mit anderen Testmethoden kombiniert werden.