深入学习Java单元测试(Junit+Mock+代码覆盖率)
前言
单元测试是编写测试代码，用来检测特定的、明确的、细颗粒的功能。单元测试并不一定保证程序功能是正确的，更不保证整体业务是准备的。
单元测试不仅仅用来保证当前代码的正确性，更重要的是用来保证代码修复、改进或重构之后的正确性。
一般来说，单元测试任务包括
- 1.接口功能测试：用来保证接口功能的正确性。
- 2.局部数据结构测试（不常用）：用来保证接口中的数据结构是正确的
- 1.比如变量有无初始值
- 2.变量是否溢出
- 3.边界条件测试
- 1.变量没有赋值（即为NULL）
- 2.变量是数值（或字符)
- 1.主要边界：最小值，最大值，无穷大（对于DOUBLE等）
- 2.溢出边界（期望异常或拒绝服务）：最小值-1，最大值+1
- 3.临近边界：最小值+1，最大值-1
- 3.变量是字符串
- 1.引用“字符变量”的边界
- 2.空字符串
- 3.对字符串长度应用“数值变量”的边界
- 4.变量是集合
- 1.空集合
- 2.对集合的大小应用“数值变量”的边界
- 3.调整次序：升序、降序
- 5.变量有规律
- 1.比如对于Math.sqrt，给出n^2-1，和n^2+1的边界
- 4.所有独立执行通路测试：保证每一条代码，每个分支都经过测试
- 1.代码覆盖率
- 1.语句覆盖：保证每一个语句都执行到了
- 2.判定覆盖（分支覆盖）：保证每一个分支都执行到
- 3.条件覆盖：保证每一个条件都覆盖到true和false（即if、while中的条件语句）
- 4.路径覆盖：保证每一个路径都覆盖到
- 2.相关软件
- 1.Cobertura：语句覆盖
- 2.Emma:Eclipse插件Eclemma
- 1.代码覆盖率
- 5.各条错误处理通路测试：保证每一个异常都经过测试
JUNIT
JUnit是Java单元测试框架，已经在Eclipse中默认安装。目前主流的有JUnit3和JUnit4。JUnit3中，测试用例需要继承TestCase类。JUnit4中，测试用例无需继承TestCase类，只需要使用@Test等注解。
Junit3
先看一个Junit3的样例
//测试java.lang.Math
//必须继承TestCase
publicclassJunit3TestCaseextendsTestCase{
publicJunit3TestCase(){
super();
}
//传入测试用例名称
publicJunit3TestCase(Stringname){
super(name);
}
//在每个Test运行之前运行
@Override
protectedvoidsetUp()throwsException{
System.out.println("Setup");
}
//测试方法。
//方法名称必须以test开头，没有参数，无返回值，是公开的，可以抛出异常
//也即类似publicvoidtestXXX()throwsException{}
publicvoidtestMathPow(){
System.out.println("TestMath.pow");
Assert.assertEquals(4.0,Math.pow(2.0,2.0));
}
publicvoidtestMathMin(){
System.out.println("TestMath.min");
Assert.assertEquals(2.0,Math.min(2.0,4.0));
}
//在每个Test运行之后运行
@Override
protectedvoidtearDown()throwsException{
System.out.println("Teardown");
}
}
如果采用默认的TestSuite，则测试方法必须是publicvoidtestXXX()[throwsException]{}的形式，并且不能存在依赖关系，因为测试方法的调用顺序是不可预知的。
上例执行后，控制台会输出
Setup TestMath.pow Teardown Setup TestMath.min Teardown
从中，可以猜测到，对于每个测试方法，调用的形式是：
testCase.setUp(); testCase.testXXX(); testCase.tearDown();
运行测试方法
在Eclipse中，可以直接在类名或测试方法上右击，在弹出的右击菜单中选择RunAs->JUnitTest。
在Mvn中，可以直接通过mvntest命令运行测试用例。
也可以通过Java方式调用，创建一个TestCase实例，然后重载runTest()方法，在其方法内调用测试方法（可以多个）。
TestCasetest=newJunit3TestCase("mathPow"){
//重载
protectedvoidrunTest()throwsThrowable{
testMathPow();
};
};
test.run();
更加便捷地，可以在创建TestCase实例时直接传入测试方法名称，JUnit会自动调用此测试方法，如
TestCasetest=newJunit3TestCase("testMathPow");
test.run();
JunitTestSuite
TestSuite是测试用例套件，能够运行过个测试方法。如果不指定TestSuite，会创建一个默认的TestSuite。默认TestSuite会扫描当前内中的所有测试方法，然后运行。
如果不想采用默认的TestSuite，则可以自定义TestSuite。在TestCase中，可以通过静态方法suite()返回自定义的suite。
importjunit.framework.Assert;
importjunit.framework.Test;
importjunit.framework.TestCase;
importjunit.framework.TestSuite;
publicclassJunit3TestCaseextendsTestCase{
//...
publicstaticTestsuite(){
System.out.println("createsuite");
TestSuitesuite=newTestSuite();
suite.addTest(newJunit3TestCase("testMathPow"));
returnsuite;
}
}
允许上述方法，控制台输出
写道 createsuite Setup TestMath.pow Teardown
并且只运行了testMathPow测试方法，而没有运行testMathMin测试方法。通过显式指定测试方法，可以控制测试执行的顺序。
也可以通过Java的方式创建TestSuite，然后调用TestCase，如
//先创建TestSuite，再添加测试方法
TestSuitetestSuite=newTestSuite();
testSuite.addTest(newJunit3TestCase("testMathPow"));
//或者传入Class，TestSuite会扫描其中的测试方法。
TestSuitetestSuite=newTestSuite(Junit3TestCase.class,Junit3TestCase2.class,Junit3TestCase3.class);
//运行testSuite
TestResulttestResult=newTestResult();
testSuite.run(testResult);
testResult中保存了很多测试数据，包括运行测试方法数目(runCount)等。
JUnit4
与JUnit3不同，JUnit4通过注解的方式来识别测试方法。目前支持的主要注解有：
- @BeforeClass全局只会执行一次，而且是第一个运行
- @Before在测试方法运行之前运行
- @Test测试方法
- @After在测试方法运行之后允许
- @AfterClass全局只会执行一次，而且是最后一个运行
- @Ignore忽略此方法
下面举一个样例：
importorg.junit.After;
importorg.junit.AfterClass;
importorg.junit.Assert;
importorg.junit.Before;
importorg.junit.BeforeClass;
importorg.junit.Ignore;
importorg.junit.Test;
publicclassJunit4TestCase{
@BeforeClass
publicstaticvoidsetUpBeforeClass(){
System.out.println("Setupbeforeclass");
}
@Before
publicvoidsetUp()throwsException{
System.out.println("Setup");
}
@Test
publicvoidtestMathPow(){
System.out.println("TestMath.pow");
Assert.assertEquals(4.0,Math.pow(2.0,2.0),0.0);
}
@Test
publicvoidtestMathMin(){
System.out.println("TestMath.min");
Assert.assertEquals(2.0,Math.min(2.0,4.0),0.0);
}
//期望此方法抛出NullPointerException异常
@Test(expected=NullPointerException.class)
publicvoidtestException(){
System.out.println("Testexception");
Objectobj=null;
obj.toString();
}
//忽略此测试方法
@Ignore
@Test
publicvoidtestMathMax(){
Assert.fail("没有实现");
}
//使用“假设”来忽略测试方法
@Test
publicvoidtestAssume(){
System.out.println("Testassume");
//当假设失败时，则会停止运行，但这并不会意味测试方法失败。
Assume.assumeTrue(false);
Assert.fail("没有实现");
}
@After
publicvoidtearDown()throwsException{
System.out.println("Teardown");
}
@AfterClass
publicstaticvoidtearDownAfterClass(){
System.out.println("TeardownAfterclass");
}
}
如果细心的话，会发现Junit3的package是junit.framework，而Junit4是org.junit。
执行此用例后，控制台会输出
写道 Setupbeforeclass Setup TestMath.pow Teardown Setup TestMath.min Teardown Setup Testexception Teardown Setup Testassume Teardown TeardownAfterclass
可以看到，执行次序是@BeforeClass->@Before->@Test->@After->@Before->@Test->@After->@AfterClass。@Ignore会被忽略。
运行测试方法
与Junit3类似，可以在Eclipse中运行，也可以通过mvntest命令运行。
Assert
Junit3和Junit4都提供了一个Assert类（虽然package不同，但是大致差不多）。Assert类中定义了很多静态方法来进行断言。列表如下：
- assertTrue(Stringmessage,booleancondition)要求condition==true
- assertFalse(Stringmessage,booleancondition)要求condition==false
- fail(Stringmessage)必然失败，同样要求代码不可达
- assertEquals(Stringmessage,XXXexpected,XXXactual)要求expected.equals(actual)
- assertArrayEquals(Stringmessage,XXX[]expecteds,XXX[]actuals)要求expected.equalsArray(actual)
- assertNotNull(Stringmessage,Objectobject)要求object!=null
- assertNull(Stringmessage,Objectobject)要求object==null
- assertSame(Stringmessage,Objectexpected,Objectactual)要求expected==actual
- assertNotSame(Stringmessage,Objectunexpected,Objectactual)要求expected!=actual
- assertThat(Stringreason,Tactual,Matchermatcher)要求matcher.matches(actual)==true
Mock/Stub
Mock和Stub是两种测试代码功能的方法。Mock测重于对功能的模拟。Stub测重于对功能的测试重现。比如对于List接口，Mock会直接对List进行模拟，而Stub会新建一个实现了List的TestList，在其中编写测试的代码。
强烈建议优先选择Mock方式，因为Mock方式下，模拟代码与测试代码放在一起，易读性好，而且扩展性、灵活性都比Stub好。
比较流行的Mock有：
JMock
EasyMock
Mockito
powermock
其中EasyMock和Mockito对于Java接口使用接口代理的方式来模拟，对于Java类使用继承的方式来模拟（也即会创建一个新的Class类）。Mockito支持spy方式，可以对实例进行模拟。但它们都不能对静态方法和final类进行模拟，powermock通过修改字节码来支持了此功能。
EasyMock
EasyMock把测试过程分为三步：录制、运行测试代码、验证期望。
录制过程大概就是：期望method(params)执行times次（默认一次），返回result（可选），抛出exception异常（可选）。
验证期望过程将会检查方法的调用次数。
一个简单的样例是：
@Test
publicvoidtestListInEasyMock(){
Listlist=EasyMock.createMock(List.class);
//录制过程
//期望方法list.set(0,1)执行2次，返回null，不抛出异常
expect1:EasyMock.expect(list.set(0,1)).andReturn(null).times(2);
//期望方法list.set(0,1)执行1次，返回null，不抛出异常
expect2:EasyMock.expect(list.set(0,1)).andReturn(1);
//执行测试代码
EasyMock.replay(list);
//执行list.set(0,1)，匹配expect1期望，会返回null
Assert.assertNull(list.set(0,1));
//执行list.set(0,1)，匹配expect1（因为expect1期望执行此方法2次），会返回null
Assert.assertNull(list.set(0,1));
//执行list.set(0,1)，匹配expect2，会返回1
Assert.assertEquals(1,list.set(0,1));
//验证期望
EasyMock.verify(list);
}
EasyMock还支持严格的检查，要求执行的方法次序与期望的完全一致。
Mockito
Mockito是GoogleCode上的一个开源项目，Api相对于EasyMock更好友好。与EasyMock不同的是，Mockito没有录制过程，只需要在“运行测试代码”之前对接口进行Stub，也即设置方法的返回值或抛出的异常，然后直接运行测试代码，运行期间调用Mock的方法，会返回预先设置的返回值或抛出异常，最后再对测试代码进行验证。
官方提供了很多样例，基本上包括了所有功能，可以去看看。
这里从官方样例中摘录几个典型的：
验证调用行为
importstaticorg.mockito.Mockito.*;
//创建Mock
ListmockedList=mock(List.class);
//使用Mock对象
mockedList.add("one");
mockedList.clear();
//验证行为
verify(mockedList).add("one");
verify(mockedList).clear();
对Mock对象进行Stub
//也可以Mock具体的类，而不仅仅是接口
LinkedListmockedList=mock(LinkedList.class);
//Stub
when(mockedList.get(0)).thenReturn("first");//设置返回值
when(mockedList.get(1)).thenThrow(newRuntimeException());//抛出异常
//第一个会打印"first"
System.out.println(mockedList.get(0));
//接下来会抛出runtime异常
System.out.println(mockedList.get(1));
//接下来会打印"null",这是因为没有stubget(999)
System.out.println(mockedList.get(999));
//可以选择性地验证行为，比如只关心是否调用过get(0)，而不关心是否调用过get(1)
verify(mockedList).get(0);
代码覆盖率
比较流行的工具是Emma和Jacoco,Ecliplse插件有eclemma。eclemma2.0之前采用的是Emma，之后采用的是Jacoco。这里主要介绍一下Jacoco。Eclmama由于是Eclipse插件，所以非常易用，就不多做介绍了。
Jacoco
Jacoco可以嵌入到Ant、Maven中，也可以使用JavaAgent技术监控任意Java程序，也可以使用JavaApi来定制功能。
Jacoco会监控JVM中的调用，生成监控结果（默认保存在jacoco.exec文件中），然后分析此结果，配合源代码生成覆盖率报告。
需要注意的是：监控和分析这两步，必须使用相同的Class文件，否则由于Class不同，而无法定位到具体的方法，导致覆盖率均为0%。
JavaAgent嵌入
首先，需要下载jacocoagent.jar文件，然后在Java程序启动参数后面加上-javaagent:[yourpath/]jacocoagent.jar=[option1]=[value1],[option2]=[value2]，具体的options可以在此页面找到。默认会在JVM关闭时（注意不能是kill-9），输出监控结果到jacoco.exec文件中，也可以通过socket来实时地输出监控报告（可以在Example代码中找到简单实现）。
JavaReport
可以使用Ant、Mvn或Eclipse来分析jacoco.exec文件，也可以通过API来分析。
publicvoidcreateReport()throwsException{
//读取监控结果
finalFileInputStreamfis=newFileInputStream(newFile("jacoco.exec"));
finalExecutionDataReaderexecutionDataReader=newExecutionDataReader(fis);
//执行数据信息
ExecutionDataStoreexecutionDataStore=newExecutionDataStore();
//会话信息
SessionInfoStoresessionInfoStore=newSessionInfoStore();
executionDataReader.setExecutionDataVisitor(executionDataStore);
executionDataReader.setSessionInfoVisitor(sessionInfoStore);
while(executionDataReader.read()){
}
fis.close();
//分析结构
finalCoverageBuildercoverageBuilder=newCoverageBuilder();
finalAnalyzeranalyzer=newAnalyzer(executionDataStore,coverageBuilder);
//传入监控时的Class文件目录，注意必须与监控时的一样
FileclassesDirectory=newFile("classes");
analyzer.analyzeAll(classesDirectory);
IBundleCoveragebundleCoverage=coverageBuilder.getBundle("Title");
//输出报告
FilereportDirectory=newFile("report");//报告所在的目录
finalHTMLFormatterhtmlFormatter=newHTMLFormatter();//HTML格式
finalIReportVisitorvisitor=htmlFormatter.createVisitor(newFileMultiReportOutput(reportDirectory));
//必须先调用visitInfo
visitor.visitInfo(sessionInfoStore.getInfos(),executionDataStore.getContents());
FilesourceDirectory=newFile("src");//源代码目录
//遍历所有的源代码
//如果不执行此过程，则在报告中只能看到方法名，但是无法查看具体的覆盖（因为没有源代码页面）
visitor.visitBundle(bundleCoverage,newDirectorySourceFileLocator(sourceDirectory,"utf-8",4));
//执行完毕
visitor.visitEnd();
}
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持毛票票。