基于Spring Boot和Junit4的单元测试进阶教程

一、教程目标

  • 学会基于AssertJ的断言技术；
  • 学会基于AssertJ-DB的数据库断言技术；
  • 学会基于JMockit的mock技术；
  • 学会内存和数据库的造数；
  • 学会集成Maven进行单元测试、集成测试的执行；
  • 学会查看测试覆盖率；

二、断言技术

断言库包含很多，比如junit自带的、hamcrest等，这里推荐使用AssertJ，看它的官网就知道了，宣称fluent assertions java library。

2.1 核心库断言

AssertJ的断言采用assertThat(result)的形式，等同于then(result)，这两种方式使用上没有区别；我们需要在pom中引入如下依赖：

        <dependency>
            <groupId>org.assertj</groupId>
            <artifactId>assertj-core</artifactId>
            <version>3.15.0</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>

下面列出常见的断言用法，其它的用法可以参考依赖库学习使用。

  • 对文本的断言；

    assertThat(result).isEqualTo("apple");
assertThat(result).isEqualToIgnoringCase("apple");
assertThat(result).contains("apple");
assertThat(result).containsIgnoringCase("apple");
assertThat(result).startsWith("apple");
assertThat(result).matches("^[A-Za-z0-9]{8}$");
assertThat(result).hasSize(10);
assertThat(result).containsSequence("a", "p", "l");
...

  • 对数字的断言；

    assertThat(result).isGreaterThanOrEqualTo(100);
assertThat(result).isCloseTo(100.0, Offset.offset(0.000001));
assertThat(result).isBetween(90.0, 91.0),
assertThat(result).isNaN();
...

  • 对日期的断言；

    assertThat(result).isAfter(startDate);
assertThat(result).isBefore("2020-01-01");
assertThat(result).isInSameMonthAs("2019-12-01");
...

  • 对集合的断言；

    assertThat(result).hasSize(3);
assertThat(result).contains("apple", "orange");
assertThat(result).doesNotcontain("apple", "orange");
assertThat(result).containsExactly("apple", "orange");
assertThat(result).startsWith("apple");
assertThat(result).endsWith("orange");
assertThat(result).doesNotContainNull();
assertThat(result).doesNotHaveDuplicates();
assertThat(result).isNotEmpty();
assertThat(result).isNullOrEmpty();
...
assertThat(result).hasSize(2);
assertThat(result).containsEntry("apple", "12");
assertThat(result).containsKeys("apple", "orange");
assertThat(result).containsOnlyKeys("apple", "orange");
assertThat(result).containsValues("apple", "orange");
...

  • 对对象的断言；

    assertThat(result).isEqualToComparingOnlyGivenFields(obj1, "name", "weight");
assertThat(result).isEqualToIgnoringGivenFields(obj1,"name", "weight");
assertThat(result).isEqualToIgnoringNullFields(obj1);
...

2.2 数据库断言

AssertJ-Core只适合为单元测试使用，如果要进行集成测试，或者只测试DAO层的SQL执行结果，就无能为力了，这是就需要用到AssertJ-DB，首先我们需要在pom中引入如下的依赖：

        <dependency>
            <groupId>org.assertj</groupId>
            <artifactId>assertj-db</artifactId>
            <version>1.3.0</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>

下面是一些常用的功能：

  • 数据源

    如果我们想使用SpringBoot项目中配置的数据源，比如在application.properties中的数据库配置项：

    spring.datasource.url=jdbc:postgresql://localhost:5432/mydb?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&zeroDateTimeBehavior=convertToNull&allowMultiQueries=true
spring.datasource.username=postgre
spring.datasource.password=postgre
spring.datasource.driver-class-name=org.postgresql.Driver

    那么我们就需要在运行该单元测试的时候启动整个Spring Boot工程，首先需要先建立一个测试基类：

    @RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@SpringBootTest(classes = DailyWorkServerApplication.class, webEnvironment = SpringBootTest.WebEnvironment.DEFINED_PORT)
@Transactional
@Rollback
public class BaseTest {
    // 集成测试基类
      // 如果使用maven运行测试用例，需要在maven-surefire-plugin插件中将本基类排除执行，否则会报错，因为没有测试用例
}

    然后，我们的测试基类继承该测试基类：

    public class SystemInfoDaoTest extends BaseTest {
    // 获取系统数据源
      @Autowired
    private DataSource dataSource;
    @Autowired
    private PersonDao personDao;

    @Test
    public void getPersonCount() {
          // 构造一个连接到数据源的Request,此处可以先略过，后面会有详细介绍
        Request request = new Request(dataSource, "select count(1) from person where name = ?", "zhangsan");
          // assertj-db执行如上Request中的SQL，对获取的数据进行断言
        assertThat(request).row(0).column().value().isEqualTo(1);
    }
}

    如果你不想使用SpringBoot的数据源，需要自定义数据源，那么可以在测试类中这么写：

    public class SystemInfoDaoTest extends BaseTest {
    private Source dataSource;
    @Autowired
    private PersonDao personDao;

    private static final String DB_URL = "jdbc:postgresql://localhost:5432/mydb?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&zeroDateTimeBehavior=convertToNull&allowMultiQueries=true";
    private static final String DB_USER_NAME = "postgre";
    private static final String DB_PASSWORD = "postgre";

    @Before
    public void before(){
        this.dataSource = new Source(DB_URL,DB_USER_NAME,DB_PASSWORD);
    }

    @Test
    public void getUmCount() {
       // 构造一个连接到数据源的Request,此处可以先略过，后面会有详细介绍
        Request request = new Request(dataSource, "select count(1) from person where name = ?", "zhangsan");
          // assertj-db执行如上Request中的SQL，对获取的数据进行断言
        assertThat(request).row(0).column().value().isEqualTo(1);
    }
}

    当然，还可以使用其它类型的DataSource，详细信息可以参考文末关于AssertJ-DB的官网内容。

  • Table

    当数据源连接上之后，我们可以使用如下的语句来代表某一张具体的表：

    Table table = new Table(dateSource, "person");

  • Request

    一个Request可以代表一个即将要执行的SQL请求：

    Request request = new Request(dataSource, "select count(1) from person where name = ?", "zhangsan");

  • Row

    Row是基于上面table和request的结果的某一行数据：

    // 取当前表的第二行数据
table.row(1);
// 取当前请求的第4行数据，然后再跳到第11行数据
request.row(3).row(10);

  • Column

    Column是基于上面table和request的结果的某一列数据：

    // 取当前表的第二列数据
table.column(1);
// 取当前请求的第4列数据，然后再跳到第11列数据
request.column(3).column(10);
// 取当前请求的第2行数据，然后取当前行的第4列单元格
request.row(1).column(3);

  • Value

    Value是基于Row或者Column的某一单元格中的值：

    // 取当前请求的第2行数据，然后取当前行的第4列单元格的值
request.row(1).column(3).value();

    总结下来，只有DAO层的对数据库的增、删、改操作才需要使用AssertJ-DB，而查询操作是不需要的，因为查询已经将数据加载到内存中，只要使用AssertJ-Core做断言比较即可。

    关于这些常用功能的详细案例，可以参考文末的Assertj-DB文档。

PS：

实验表明，对于事务回滚控制的测试用例，assertJ-DB似乎并不能得到我们想要的结果。

如下案例中，测试用例是事务回滚的，但是使用JdbcTemplate可以得到正确的结果，但是使用assertJ-DB就不行了。只能针对非事务回滚的测试用例，assertJ-DB才能得到正确的结果。这个目前还不知道怎么解决，暂时只能用JdbcTemplate替代。

    @Test
    public void addSystemInfoTest(){
        SystemUpdateDTO systemUpdateDTO = new SystemUpdateDTO();
        systemUpdateDTO.setSysNameCN("测试-商品管理系统");
        systemUpdateDTO.setSysNameEN("test-GMS");

        // 测试DAO逻辑-插入一条数据
        systemInfoDao.addSystemInfo(systemUpdateDTO);

        String querySql = "select count(1) from dw_sys_info dsi";
        JdbcTemplate jdbcTemplate = new JdbcTemplate(dataSource);
        Integer rows = jdbcTemplate.queryForObject(querySql,Integer.class);
        // 1
        System.out.println("总共有" + rows);
        Request request = new Request(dataSource, querySql);
        // 0
        System.out.println("总共有" + request.getRow(0).getColumnValue(0).getValue());
    }

三、Mock技术

Mock框架有很多，古老的JMock、社区活跃的Mockito、还有我们今天要介绍的主角JMockit。

Mock技术是为了隔离被测试方法依赖的外部变量，从而可以使得测试方法的表现只受被测试方法本身的逻辑影响。举个例子：

@Service("personService")
public class PersonServiceImpl implements PersonService{
  @Autowired
  private InvokeService invokeService;
  
  @Override
  public Integer getPersonCountBySchool(String school){
    if(StringUtils.isEmpty(school)){
      return 0;
    }
    // 调用关联方获取数据的数量
    return invokeService.getPersonBySchool(school).size();
  }
  ...
}

我们如果想测试getPersonCountBySchool能否正常返回数据的数量，我们不必真的去执行invokeService.getPersonBySchool(school)调用关联方，只要使用Mock技术，让其返回我们设定的值即可：

public class PersonServiceImplTest extends BaseTest {
    @Tested
    @Autowired
    private PersonService personService;

    @Test
    public void testGetPersonCountBySchool(@Injectable InvokeService invokeService) {
        // 准备数据
        List<Person> personList = new ArrayList<>();
        Person peter = new Person("东方高中");
        Person jack = new Person("东方高中");
        personList.add(peter);
        personList.add(jack);
      
        // 模拟录制
        new Expectations(){
            {
                // 模拟调用关联方获取数据列表，无论入参是什么字符串，都返回上面准备好的列表
                invokeService.getPersonBySchool(anyString);
                result = personList;
            }
        };
        
        // 重放
        Integer personCount = personService.getPersonCountBySchool("华夏高中");
      
        // 验证
        assertThat(personCount).isEqualTo(2);
    }
}

在这里，最重要的两个注解就是@Tested和@Injectable，前者代表需要测试的类，后者代表需要mock的对象。

JMockit支持mock一个类、mock一个对象实例、mock一个对象中的某个具体的方法，甚至还可以对传入的参数进行检查，更多细节请参考文末列举的JMockit的官方文档。

四、造数技术

4.1 内存中造数

我们在运行单元测试的时候，为了满足调用参数的要求，不得不为参数对象设置值。比如，当参数对象为一个Person类的时候，倘若它的属性值不多，我们可以像上面的例子中一样，使用手动造数；但是，如果属性值很多，甚至中间还嵌套了其它对象怎么办？手动造数太繁琐了。

  • java-faker，可以对生活中常用的事物进行造数，使用简单，但无法满足复杂对象的造数；
  • easy-random，可以对复杂对象进行造数，而且可以自定义造数的值类型和范围；
  • jmockdata，可以对复杂对象进行造数，而且可以自定义造数的值类型和范围；

这些工具库的使用都非常简单，参考文末列出的官方文档看下即可。

4.2 数据库造数

我们在测试DAO层关于SQL的增删查改前，要先提供一批专供测试使用的假数据，一般有以下方式：

  • 使用内存数据库

    如果不希望测试用例的执行污染测试数据库，那么可以建立一个专为测试用例执行使用的内存数据库，缺点是，需要维护所有的建表语句。

  • 使用数据库造数工具

    可以使用DBFactory之类的造数工具，往测试数据库中提前准备数据，但是测试完成后删除数据是个问题。

  • 测试用例使用事务回滚

    好处是不会对测试数据库造成数据污染，但是需要在测试用例逻辑执行前，手动准备数据；

五、Maven集成

我们在如上的学习过程中，都是写完单元测试后直接运行了。倘若我们在提交代码前，要运行所有的单元测试该怎么操作呢？总不可能一个个地打开所有地测试类，都点击运行一遍吧。

这里介绍使用Maven的插件进行单元测试运行的集成操作。

5.1 默认配置

首先，在pom文件中引入maven-surefire-plugin，版本选择最新版：

<plugin>
    <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
    <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
    <version>2.19</version>
  </plugin>

其实，这就可以了，我们使用了默认配置，执行mvn生命周期的test，就可以运行src/test/java目录下的所有单元测试和集成测试了。

5.2 跳过执行测试用例

有时候我们编译工程并不像运行测试用例，那么可以增加如下配置：

            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
                <version>2.19</version>
                <configuration>
                    <!--跳过执行测试用例-->
                    <skipTests>true</skipTests>
                </configuration>
            </plugin>

5.3 选定运行测试用例

有些场景下，我们只想运行某一个/一类/一路径的测试用例，我们可以使用<include>来配置：

            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
                <version>2.19</version>
                <configuration>
                    <!--只运行包含的测试-->
                    <includes>
                        <include>unit/**/*.java</include>
                    </includes>
                </configuration>
            </plugin>

如上配置表示，只运行src/test/java/unit路径下所有java结尾的测试类中的测试用例；

5.4 排除运行测试用例

有时候，我们需要排除运行一些测试用例。比如，在编译阶段，我们只想快速地运行单元测试，而不要运行集成测试，那么就可以将集成测试所在的文件路径做如下的配置：

           <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
                <version>2.19</version>
                <configuration>
                    <!--需要排除的测试-->
                    <excludes>
                        <!--当不需要运行集成测试时添加如下文件内容-->
                        <exclude>integration/**/*.java</exclude>
                    </excludes>

                    <!--设置并发执行测试，节约时间-->
                    <parallel>methods</parallel>
                    <threadCount>10</threadCount>
                </configuration>
            </plugin>

前提是，我们所有的集成测试类都必须放在src/test/java/integration目录下。

5.5 多线程运行测试用例

有时候，项目中的单元测试和集成测试非常多，一次执行会耗时比较久，那么可以设置多线程来执行：

            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
                <version>2.19</version>
                <configuration>
                    <!--设置并发执行测试，节约时间-->
                    <parallel>methods</parallel>
                    <threadCount>10</threadCount>
                </configuration>

需要注意的时，要确保各测试用例之间没有调用依赖，否则便不可使用多线程的方式。

5.6 测试报告及覆盖率的查看

如果仅靠上面引入的maven-surefire-plugin插件，那么你只能在控制台看到运行的测试报告，如果要跟别人分享，十分不方便。可以通过引入maven-surefire-report-plugin插件：

            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-surefire-report-plugin</artifactId>
                <version>2.12.2</version>
                <configuration>
                    <!--报告中是否显示成功率为100%的项目-->
                    <showSuccess>false</showSuccess>
                </configuration>
            </plugin>

执行其中的surefire-report:report命令，就可以重新运行所有测试用例，并在target/site目录下生成一个html测试报告。

如果想查看测试覆盖率，那么就需要引入另外一个插件cobertura-maven-plugin：

            <plugin>
                <groupId>org.codehaus.mojo</groupId>
                <artifactId>cobertura-maven-plugin</artifactId>
                <version>2.5.1</version>
            </plugin>

执行其中的cobertura:cobertura命令，就可以重新运行所有测试用例，并在target/site/cobertura目录下生成一个静态站点文件，找到其中的index.html，打开就可以看到各个测试覆盖率数据了。

5.7 其它配置

关于maven-surefire-plugin插件还有很多其它配置内容，可以参考文末引用自行阅读尝试。

六、经验总结

  • 测试用例的名称一定要突显被测试代码的意图，名称不一定要以“Test”结尾，可以很长，单词之间用下划线连接；
  • 要注重测试用例代码的可读性，让人一眼就能看出测试意图；
  • 测试用例中应该避免使用分支和循环，可以拆成多个测试用例；
  • 每个测试用例使用prepare-action-verify三段式结构；
  • 不要在测试用例中捕获异常，应该抛出异常或者期待异常@Test(expected=SomeException)，当然还可以使用ExpectedException；
  • 测试用例不能依赖数据库中的已有数据，应该在测试用例中自己准备数据；
  • 测试完成后应该回滚数据，避免造成数据库污染，保证测试用例可以反复执行；
  • 通常不使用单元测试来测JavaBean和Controller，所以这两者中尽量也不要有业务逻辑；

七、参考文献

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
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