Série Java Must-Know: Estrutura de teste e teste de unidade

Autor: Zen e a arte da programação de computadores

1. Introdução

O que é teste unitário? Por que testes unitários? A quais aspectos devemos prestar atenção nos testes unitários? Quais são as dificuldades e desafios dos testes unitários? Se você é engenheiro ou trabalhador com vasta experiência em programação, está pronto para ler este artigo desde o início? Se você já possui reservas de conhecimento relevantes e compreende totalmente o conteúdo deste artigo, você está convidado a participar desta série de estudos para discutir e aprender as mais recentes tecnologias na área de "testes" para aumentar a competitividade do seu local de trabalho!

1. Por que fazer testes unitários?

Teste Unitário refere-se a testes independentes de cada função, módulo ou classe para verificar se sua funcionalidade atende às expectativas. O objetivo dos testes unitários é garantir a qualidade do código, detectar erros e corrigi-los antecipadamente para evitar falhas no produto, melhorando assim a confiabilidade do código, reduzindo custos de manutenção e economizando tempo e recursos de desenvolvimento.

Um bom teste unitário deve ter as seguintes características:

1. Repetibilidade: os testes unitários devem poder ser executados diversas vezes e produzir os mesmos resultados, garantindo que o código testado não dependa de ambientes externos como bancos de dados ou redes;
2. Testabilidade: O teste unitário precisa ser capaz de cobrir todos os módulos de todo o sistema de software, em vez de testar uma função individualmente;
3. Automação: Os testes unitários precisam ser executados automaticamente por meio de scripts ou ferramentas, economizando tempo e energia manual e agilizando os testes;
4. Feedback rápido: quanto mais rápido os testes de unidade forem executados, mais fácil será obter feedback.

2. Princípios de testes unitários

Ao escrever testes unitários, você deve seguir os seguintes princípios:

1. Cada classe possui pelo menos um método de teste;
2. A nomenclatura do método de teste deve começar com test_, como test_myFunc;
3. Cada método de teste deve testar uma combinação específica de entrada-saída;
4. Escreva testes de unidade usando uma abordagem de desenvolvimento orientado a testes (TDD).

3. Objetivos e Processo de Teste Unitário

O objetivo do teste unitário é verificar a exatidão de cada função, o que inclui principalmente as três etapas a seguir:

1. Configurar o ambiente de teste: preparar dados de teste, configurar o ambiente operacional e introduzir vários recursos necessários para teste, geralmente incluindo conexões de banco de dados, servidores Web, filas de mensagens, etc.;
2. Execute o caso de teste: execute a função testada de acordo com as condições de entrada, compare os resultados reais com os resultados esperados e confirme se a saída está correta;
3. Limpe o ambiente de teste: Recicle os recursos ocupados pelo teste, limpe arquivos irrelevantes do ambiente, etc.

4. Introdução ao JUnit e Mockito

JUnit é uma estrutura de teste Java de código aberto criada em 2000 e atualmente propriedade da Oracle Corporation. JUnit fornece uma API simples e fácil de usar para escrever e executar casos de teste. Como o JUnit segue os princípios de teste do JUnit, ele pode efetivamente ajudar os testadores a escrever testes unitários.

Mockito é uma estrutura de simulação Java que fornece objetos simulados ou stubs durante o teste, tornando os testes unitários mais fáceis de escrever, entender e executar. Mockito oferece suporte a vários matchers mockito e você pode confirmar se a saída está correta validando os parâmetros de chamada.

5. Conteúdo e dificuldades dos testes unitários

O conteúdo do teste unitário inclui principalmente os seguintes aspectos:

1. Teste de entrada: Verifique a legalidade da entrada, valores limites, exceções, etc., com o objetivo de descobrir possíveis erros no código.
2. Teste lógico: teste se a lógica de negócios da função atende aos requisitos de design, como determinar se a entrada e a saída estão corretas, etc.
3. Teste de limite: verifique se o código é tolerante a falhas ao lidar com situações extremas, como exceções de ponteiro nulo, exceções de overflow, etc.
4. Teste de desempenho: verifique a velocidade de execução do código e melhore a confiabilidade e eficiência do código.
5. Teste de compatibilidade: verifique a compatibilidade em diferentes versões e plataformas.
6. Teste de interface: verifique se a interface da função atende às expectativas do usuário, como se os parâmetros estão corretos, se o tipo de valor de retorno está correto, etc.
7. Testes automatizados: use scripts e ferramentas para implementar testes unitários automatizados para melhorar a eficiência.

As principais dificuldades nos testes unitários são as seguintes:

1. Teste de lógica profunda: A chave para o teste de unidade é testar a lógica profunda, mas testar a lógica profunda envolve inevitavelmente estruturas de dados e algoritmos complexos, por isso também é muito difícil.
2. Gerenciamento de dependências: O teste unitário geralmente envolve interações entre vários componentes.Como integrar esses componentes e gerenciar efetivamente as dependências desses componentes é uma das dificuldades no teste unitário.
3. Dificuldade de depuração: como os testes de unidade geralmente são escritos durante o desenvolvimento, é difícil localizar erros. Para resolver este problema, é necessário escrever ferramentas de depuração para testes unitários, como imprimir a pilha de chamadas quando a asserção falha.

6. Plano de prática de testes unitários

O plano prático para testes unitários é mostrado na figura abaixo:

(1) Teste de entrada

De modo geral, o teste de entrada recebe um conjunto de dados de entrada e depois testa se a função pode tratá-los corretamente. O objetivo do teste de entrada é verificar se a função pode lidar com dados de entrada legais e se pode lidar com alguns cenários ilegais de dados de entrada. Por exemplo, se uma função recebe dois parâmetros inteiros, podemos fornecer dois números inteiros positivos de tamanhos diferentes e um número negativo como entrada para testar os resultados do processamento da função, respectivamente. Se a função não tiver nenhuma mensagem de erro, pode-se considerar que seu teste de entrada foi aprovado.

(2) Teste lógico

O teste lógico inclui alguns casos de teste com significado prático. Por exemplo, se uma função calcula a soma de dois números, você pode testar inteiros positivos, inteiros negativos e zero de tamanhos diferentes como entradas e verificar se a saída da função está correta. Se a lógica da função estiver incorreta, poderá levar a resultados de cálculo incorretos. Neste caso, a lógica da função precisa ser corrigida.

(3) Teste de limite

O limite de entrada de uma função refere-se ao intervalo de dados de entrada mais baixo, mais alto e normal que a função pode aceitar. Se a entrada da função exceder esses limites, ocorrerá um erro. Por exemplo, os parâmetros de uma função só podem ser inteiros, portanto, dada uma entrada do tipo não inteiro, a função reportará um erro. Podemos fornecer alguns valores fora da faixa normal para testar a tolerância a falhas da função.

(4) Teste de desempenho

O desempenho de uma função refere-se à velocidade de resposta da função.A velocidade de resposta aqui se refere a quantas tarefas de computação a função pode concluir por segundo. O teste de desempenho de funções pode testar o tempo de execução da função, especialmente sob carga pesada, como solicitações simultâneas.

(5) Teste de compatibilidade

O teste de compatibilidade refere-se a testar se uma função pode funcionar normalmente em diferentes sistemas operacionais e configurações de hardware. O objetivo disso é garantir que a função possa ser executada normalmente em plataformas diferentes e evitar problemas causados ​​por diferenças de plataforma.

(6) Teste de interface

O teste de interface refere-se a testar se os parâmetros de entrada, parâmetros de saída e informações de exceção da função atendem aos requisitos. Por exemplo, se o tipo, o número e a ordem do parâmetro de entrada da função estão em conformidade com a descrição do documento, se a saída da função está correta e se o tipo de valor de retorno está correto. O teste de interface pode solucionar inconsistências ou áreas ausentes entre o código e a documentação.

(7) Testes automatizados

Teste automatizado refere-se ao uso de ferramentas para gerar e executar automaticamente casos de teste para reduzir a carga de trabalho dos testadores. Atualmente, existem muitas ferramentas e frameworks que podem implementar testes automatizados, como Junit, Mocha, PHPUnit, etc. O uso de testes automatizados pode reduzir significativamente o investimento em mão de obra e melhorar a eficiência dos testes.

7. Perguntas e respostas frequentes sobre testes unitários

1. Qual é a diferença entre JUnit e Mockito?

JUnit é uma estrutura de teste Java para criar e executar testes de unidade. Ele fornece uma API fácil de usar e extensível de forma flexível. Mockito é um framework de simulação Java que pode simular o comportamento de classes e interfaces. É muito útil para testes unitários. As principais diferenças entre os dois são as seguintes:

1. Função: Mockito pode criar o comportamento de objetos simulados e verificar se a saída do código está correta com base na verificação dos parâmetros de chamada. JUnit pode criar testes unitários e também executar testes unitários.
2. Objetivo: Mockito é adequado para cenários mais complexos onde o comportamento de uma classe precisa ser simulado. JUnit se concentra mais na escrita, execução e análise de resultados de testes unitários.
3. Instalação: JUnit precisa instalar o plug-in no IDE, o Mockito pode ser baixado diretamente e adicionado ao projeto.

2. Por que fazer testes unitários?

O teste unitário visa melhorar a qualidade, correção, robustez e confiabilidade do código. O teste unitário garante a qualidade do software e reduz a possibilidade de erros de software, escrevendo alguns casos de teste automatizados para testar as funções e processos no código. As funções do teste de unidade incluem:

1. Melhore a qualidade do código: por meio de testes unitários, você pode descobrir erros gramaticais, erros lógicos, defeitos funcionais, etc. no código, melhorando a legibilidade e a manutenção do código. Ao mesmo tempo, os testes unitários também podem garantir efetivamente a confiabilidade do código e evitar falhas do produto.
2. Reduza os custos de manutenção: Depois de escrever testes unitários, você pode se concentrar no comportamento do código e ignorar como o código é implementado. Desta forma, os custos de manutenção podem ser reduzidos, o ciclo de desenvolvimento pode ser encurtado e a estabilidade e vitalidade do código podem ser aumentadas.
3. Melhorar a eficiência do desenvolvimento: Os testes unitários podem não apenas melhorar a qualidade do código, mas também reduzir os custos de manutenção. Ao escrever testes unitários, você pode reduzir a possibilidade de erros de código, melhorar a eficiência do desenvolvimento, encurtar o ciclo de desenvolvimento e economizar tempo e recursos de desenvolvimento.

3. Como escrever testes unitários?

1. Escreva casos de teste usando a abordagem TDD. Primeiro você precisa esclarecer os requisitos e depois definir um produto mínimo viável (MVP). A chave para determinar o MVP é testar primeiro, ou seja, escrever primeiro os testes unitários e depois codificar para implementar funções.
2. Preocupações separadas. Ao escrever testes unitários, você precisa separar as preocupações e não concentrar todos os seus testes em uma função ou módulo. Isso é bom para manutenção e escalabilidade.
3. Teste apenas funções importantes. Os testes unitários devem testar apenas funções verdadeiramente importantes, não funções triviais ou bibliotecas dependentes de terceiros.
4. Use dados de teste e estruturas de dados. Os testes unitários devem usar dados de teste ou estruturas de dados específicas, caso contrário não há como avaliar se a função se comporta corretamente.

4. Por que os testes unitários não conseguem cobrir completamente todas as situações?

O teste unitário é um conceito relativamente geral que inclui vários métodos de teste. Como o teste de unidade testa principalmente funções de código e os objetos de teste são limitados a funções ou módulos, ele não pode cobrir totalmente todas as situações. Por exemplo, múltiplas situações de uma função podem acionar caminhos de código diferentes ou levar a resultados de execução diferentes. Portanto, os testes unitários não podem cobrir todos os casos de teste e precisam ser combinados com outros métodos de teste para verificação.