Serie Java imprescindible: marco de pruebas y pruebas unitarias

Autor: Zen y el arte de la programación informática

1. Introducción

¿Qué son las pruebas unitarias? ¿Por qué realizar pruebas unitarias? ¿A qué aspectos debemos prestar atención en las pruebas unitarias? ¿Cuáles son las dificultades y desafíos de las pruebas unitarias? Si eres ingeniero o trabajador con amplia experiencia en programación, ¿estás listo para leer este artículo desde el principio? Si ya tiene reservas de conocimientos relevantes y comprende completamente el contenido de este artículo, puede unirse a esta serie de estudios para discutir y aprender las últimas tecnologías en el campo de las "pruebas" para mejorar la competitividad de su lugar de trabajo.

1. ¿Por qué realizar pruebas unitarias?

Las pruebas unitarias se refieren a pruebas independientes de cada función, módulo o clase para verificar si su funcionalidad cumple con las expectativas. El propósito de las pruebas unitarias es garantizar la calidad del código, detectar errores y corregirlos temprano para evitar fallas del producto, mejorando así la confiabilidad del código, reduciendo los costos de mantenimiento y ahorrando tiempo y recursos de desarrollo.

Una buena prueba unitaria debe tener las siguientes características:

1. Repetibilidad: las pruebas unitarias deben poder ejecutarse varias veces y producir los mismos resultados, asegurando que el código probado no dependa de entornos externos como bases de datos o redes;
2. Capacidad de prueba: las pruebas unitarias deben poder cubrir cada módulo de todo el sistema de software, en lugar de probar una función individualmente;
3. Automatización: las pruebas unitarias deben ejecutarse automáticamente mediante scripts o herramientas, lo que ahorra tiempo y energía manuales y acelera las pruebas;
4. Comentarios rápidos: cuanto más rápido se ejecuten las pruebas unitarias, más fácil será obtener comentarios.

2. Principios de las pruebas unitarias.

Al escribir pruebas unitarias, debes seguir los siguientes principios:

1. Cada clase tiene al menos un método de prueba;
2. La denominación del método de prueba debe comenzar con test_, como test_myFunc;
3. Cada método de prueba debe probar una combinación de entrada y salida específica;
4. Escriba pruebas unitarias utilizando un enfoque de desarrollo basado en pruebas (TDD).

3. Objetivos y proceso de las pruebas unitarias

El objetivo de las pruebas unitarias es verificar la exactitud de cada función, que incluye principalmente los siguientes tres pasos:

1. Configure el entorno de prueba: prepare los datos de prueba, configure el entorno operativo e introduzca varios recursos necesarios para las pruebas, que generalmente incluyen conexiones de bases de datos, servidores web, colas de mensajes, etc.;
2. Ejecute el caso de prueba: ejecute la función probada de acuerdo con las condiciones de entrada, compare los resultados reales con los resultados esperados y confirme si la salida es correcta;
3. Limpiar el entorno de prueba: reciclar los recursos ocupados por la prueba, limpiar archivos irrelevantes en el entorno, etc.

4. Introducción a JUnit y Mockito

JUnit es un marco de prueba de Java de código abierto que se creó en 2000 y actualmente es propiedad de Oracle Corporation. JUnit proporciona una API sencilla y fácil de usar para escribir y ejecutar casos de prueba. Debido a que JUnit sigue los principios de prueba de JUnit, puede ayudar eficazmente a los evaluadores a escribir pruebas unitarias.

Mockito es un marco de simulación de Java que proporciona objetos simulados o resguardos durante las pruebas, lo que hace que las pruebas unitarias sean más fáciles de escribir, comprender y ejecutar. Mockito admite varios comparadores de Mockito y puede confirmar que la salida es correcta validando los parámetros de llamada.

5. Contenidos y dificultades de las pruebas unitarias

El contenido de las pruebas unitarias incluye principalmente los siguientes aspectos:

1. Pruebas de entrada: Verificar la legalidad de la entrada, valores límite, excepciones, etc., con el fin de descubrir posibles errores en el código.
2. Pruebas lógicas: pruebe si la lógica empresarial de la función cumple con los requisitos de diseño, como determinar si la entrada y la salida son correctas, etc.
3. Prueba de límites: verifique si el código es tolerante a fallas al manejar situaciones extremas, como excepciones de puntero nulo, excepciones de desbordamiento, etc.
4. Pruebas de rendimiento: verifique la velocidad de ejecución del código y mejore la confiabilidad y eficiencia del código.
5. Pruebas de compatibilidad: verifique la compatibilidad en diferentes versiones y plataformas.
6. Prueba de interfaz: verifique si la interfaz de la función cumple con las expectativas del usuario, como si los parámetros son correctos, si el tipo de valor de retorno es correcto, etc.
7. Pruebas automatizadas: utilice scripts y herramientas para implementar pruebas unitarias automatizadas para mejorar la eficiencia.

Las principales dificultades en las pruebas unitarias son las siguientes:

1. Prueba de lógica profunda: la clave para las pruebas unitarias es probar la lógica profunda, pero probar la lógica profunda implica inevitablemente estructuras de datos y algoritmos complejos, por lo que también es muy difícil.
2. Gestión de dependencias: las pruebas unitarias a menudo implican interacciones entre múltiples componentes. Cómo integrar estos componentes entre sí y gestionar eficazmente las dependencias de estos componentes es una de las dificultades de las pruebas unitarias.
3. Dificultad para depurar: debido a que las pruebas unitarias generalmente se escriben durante el desarrollo, es difícil localizar errores. Para resolver este problema, es necesario escribir herramientas de depuración para pruebas unitarias, como imprimir la pila de llamadas cuando falla la afirmación.

6. Plan de práctica de pruebas unitarias

El plan práctico para las pruebas unitarias se muestra en la siguiente figura:

(1) prueba de entrada

En términos generales, a las pruebas de entrada se les proporciona un conjunto de datos de entrada y luego se prueba si la función puede manejarlos correctamente. El propósito de las pruebas de entrada es verificar si la función puede manejar datos de entrada legales y si puede manejar algunos escenarios de datos de entrada ilegales. Por ejemplo, si una función recibe dos parámetros enteros, podemos proporcionar dos enteros positivos de diferentes tamaños y un número negativo como entrada para probar los resultados del procesamiento de la función, respectivamente. Si la función no tiene ningún mensaje de error, se puede considerar que su prueba de entrada ha pasado.

(2) prueba lógica

Las pruebas lógicas incluyen algunos casos de prueba con importancia práctica. Por ejemplo, si una función calcula la suma de dos números, puede probar números enteros positivos, enteros negativos y cero de diferentes tamaños como entradas y verificar si la salida de la función es correcta. Si la lógica de la función es incorrecta, puede dar lugar a resultados de cálculo incorrectos. En este caso, es necesario corregir la lógica de la función.

(3) Prueba de límites

El límite de entrada de una función se refiere al rango de datos de entrada más bajo, más alto y normal que la función puede aceptar. Si la entrada de la función excede estos límites, se produce un error. Por ejemplo, los parámetros de una función solo pueden ser números enteros, por lo que dada una entrada de tipo no entero, la función informará un error. Podemos dar algunos valores fuera del rango normal para probar la tolerancia a fallas de la función.

(4) Prueba de rendimiento

El rendimiento de una función se refiere a la velocidad de respuesta de la función, aquí la velocidad de respuesta se refiere a cuántas tareas informáticas puede completar la función por segundo. Las pruebas de rendimiento de funciones pueden probar el tiempo de ejecución de la función, especialmente bajo cargas pesadas, como solicitudes simultáneas.

(5) prueba de compatibilidad

Las pruebas de compatibilidad se refieren a probar si una función puede funcionar normalmente en diferentes sistemas operativos y configuraciones de hardware. El propósito de esto es garantizar que la función pueda ejecutarse normalmente en diferentes plataformas y evitar problemas causados ​​por las diferencias de plataforma.

(6) prueba de interfaz

La prueba de interfaz se refiere a probar si los parámetros de entrada, los parámetros de salida y la información de excepción de la función cumplen con los requisitos. Por ejemplo, si el tipo, número y orden de los parámetros de entrada de la función cumplen con la descripción del documento, si la salida de la función es correcta y si el tipo del valor de retorno es correcto. Las pruebas de interfaz pueden solucionar problemas de inconsistencias o áreas faltantes entre el código y la documentación.

(7) Pruebas automatizadas

Las pruebas automatizadas se refieren al uso de herramientas para generar y ejecutar automáticamente casos de prueba para reducir la carga de trabajo de los evaluadores. Actualmente, existen muchas herramientas y frameworks que pueden implementar pruebas automatizadas, como Junit, Mocha, PHPUnit, etc. El uso de pruebas automatizadas puede reducir en gran medida la inversión en mano de obra y mejorar la eficiencia de las pruebas.

7. Preguntas y respuestas frecuentes sobre las pruebas unitarias

1. ¿Cuál es la diferencia entre JUnit y Mockito?

JUnit es un marco de pruebas de Java para crear y ejecutar pruebas unitarias. Proporciona una API fácil de usar y flexiblemente extensible. Mockito es un marco simulado de Java que puede simular el comportamiento de clases e interfaces y es muy útil para pruebas unitarias. Las principales diferencias entre los dos son las siguientes:

1. Función: Mockito puede crear el comportamiento de objetos simulados y verificar si la salida del código es correcta en función de la verificación de los parámetros de llamada. JUnit puede crear pruebas unitarias y también ejecutar pruebas unitarias.
2. Propósito: Mockito es adecuado para escenarios más complejos donde es necesario simular el comportamiento de una clase. JUnit se centra más en la redacción, ejecución y análisis de resultados de pruebas unitarias.
3. Instalación: JUnit necesita instalar el complemento en el IDE, Mockito se puede descargar directamente y agregar al proyecto.

2. ¿Por qué realizar pruebas unitarias?

Las pruebas unitarias tienen como objetivo mejorar la calidad, corrección, solidez y confiabilidad del código. Las pruebas unitarias garantizan la calidad del software y reducen la posibilidad de errores de software al escribir algunos casos de prueba automatizados para probar las funciones y procesos en el código. Las funciones de las pruebas unitarias incluyen:

1. Mejorar la calidad del código: A través de pruebas unitarias, se pueden descubrir errores gramaticales, errores lógicos, defectos funcionales, etc. en el código, mejorando la legibilidad y mantenibilidad del código. Al mismo tiempo, las pruebas unitarias también pueden garantizar eficazmente la confiabilidad del código y evitar fallas del producto.
2. Reduzca los costos de mantenimiento: después de escribir pruebas unitarias, puede concentrarse en el comportamiento del código e ignorar cómo se implementa. De esta manera, se pueden reducir los costos de mantenimiento, acortar el ciclo de desarrollo y aumentar la estabilidad y vitalidad del código.
3. Mejore la eficiencia del desarrollo: las pruebas unitarias no solo pueden mejorar la calidad del código, sino también reducir los costos de mantenimiento. Al escribir pruebas unitarias, puede reducir la posibilidad de errores de código, mejorar la eficiencia del desarrollo, acortar el ciclo de desarrollo y ahorrar tiempo y recursos de desarrollo.

3. ¿Cómo escribir pruebas unitarias?

1. Escriba casos de prueba utilizando el enfoque TDD. Primero es necesario aclarar los requisitos y luego definir un producto mínimo viable (MVP). La clave para determinar MVP es probar primero, es decir, escribir primero pruebas unitarias y luego codificar para implementar funciones.
2. Preocupaciones separadas. Al escribir pruebas unitarias, es necesario separar las preocupaciones y no centrar todas las pruebas en una función o módulo. Esto facilita la mantenibilidad y la escalabilidad.
3. Pruebe únicamente funciones importantes. Las pruebas unitarias solo deben probar funciones verdaderamente importantes, no funciones triviales o bibliotecas de terceros dependientes.
4. Utilice datos de prueba y estructuras de datos. Las pruebas unitarias deben utilizar datos de prueba o estructuras de datos específicos; de lo contrario, no hay forma de evaluar si la función se comporta correctamente.

4. ¿Por qué las pruebas unitarias no pueden cubrir completamente todas las situaciones?

Las pruebas unitarias son un concepto relativamente general que incluye varios métodos de prueba. Dado que las pruebas unitarias prueban principalmente funciones de código y los objetos de prueba se limitan a funciones o módulos, no pueden cubrir completamente todas las situaciones. Por ejemplo, múltiples situaciones de una función pueden desencadenar diferentes rutas de código o conducir a diferentes resultados de ejecución. Por lo tanto, las pruebas unitarias no pueden cubrir todos los casos de prueba y deben combinarse con otros métodos de prueba para la verificación.