如何設計單元測試？

單元測試設計方法

單元測試用例，和普通測試用例的設計，沒有太多不同，常見的就是等價類劃分、邊界值分析等。而測試用例的設計其實也是開發者應該掌握的基本技能。

等價類劃分

把所有輸入劃分為若干分類，從每個分類中選取少數有代表性的數據做為測試用例。

例如，一個方法計算輸入參數的絕對值的倒數，如果是輸入是 0，則拋異常。那么對這個方法寫測試的話，就應該有三個等價類，輸入是負數、0 以及正數。所以我可以選取一個負數、一個正數以及 0 來設計三個測試用例。

再舉個例子，某個方法是根據醫生的認證狀態，發送不同的消息。那么等價類可能有三種，未認證、普通認證但無權威認證、普通認證且權威認證，某些情況下可能還會包括無普通認證但有威認證。

邊界值分析

邊界值是指劃分等價類后，在邊界附近的一些輸入數據，這些輸入往往是最容易出錯的。

例如，對于上面計算絕對值的倒數的例子，那么邊界值就包括 Integer.min、-1、0、1、Integer.max 等。再舉個例子，文本框輸入范圍為 1 - 255 個字符，那么等價類按輸入長度劃分有三類 0、1 到 255、大于 255，而邊界值則包括 0、1、2、254、255、256 等。

其他類似于空數組、數組的第一個和最后一個、報表的第一行和最后一行等等，也是屬于邊界值，需要特別關注。

其他方法

除了上面提到的幾種，測試設計方法還有幾種常用的：

場景法。場景法是根據模塊實際使用的場景，例如 API 的實際調用方法、系統的實際需求場景和處理邏輯創建的用例。這種方法比較直觀，并且用例貼近實際需求的，不可忽視。

錯誤推測。錯誤推測其實就是憑直覺，考慮最容易出錯的情況來設計用例。例如，我們直到新用戶、重復請求、并發、弱網、大數據量等情況都是非常容易出錯的，那么可以針對性的設計用例。錯誤推測需要測試設計者比較熟悉業務邏輯，并且經驗豐富。

其他還有因果圖、正交法等方法，這里就不說了。

覆蓋率

如果按照前面的用例設計方法，可能會設計出很多用例。我們不可能也沒有必要把每一個用例都寫成單元測試。

怎么確認用例是否足夠呢？一個很重要的參考指標就是代碼覆蓋率。

覆蓋率指標

常用的覆蓋率指標有四種：

語句覆蓋：每條語句至少執行一次。

分支覆蓋：每個分支至少有一次為真、一次為假。

條件覆蓋：每個分支的每個條件至少有一次為真、一次為假。

路徑覆蓋：對所有的分支、循環等可能的路徑，至少都要覆蓋一次。

我們以這個簡單的代碼為例，看看這四種覆蓋率到底是什么意思。

if (a && b) {

// X

}

// Y

if (c || d) {

// X

}

語句覆蓋。只需要一個測試用例，讓 a && b 和 c || d 都為真，系統會依次執行 X、Y、Z 三個的代碼段，就能做到語句覆蓋。

分支覆蓋。至少需要兩個測試用例，讓 a && b 和 c || d 都各為真假，例如用例1 a && b 為真和 c || d 為假，用例2 則反過來，既可讓兩個條件分支都各為真一次，為假一次。

條件覆蓋。至少需要四個測試用例，條件 a 和 b 的四種組合都要執行一次，條件 c 和 d 的四種組合也都要執行一次。

路徑覆蓋。至少需要八個測試用例，條件 a、b、c 和 d 的所有組合都要執行一次。

可以看到，要做到條件覆蓋甚至路徑覆蓋，會需要非常多的測試用例。一般情況，對于復雜的邏輯，單元測試做到分支覆蓋就不錯了，必要的話再做更多完全的覆蓋。

Jacoco 覆蓋

Jacoco 的覆蓋率略有不同，這里簡單說一下。

指令覆蓋（Instructions），覆蓋所有的 Java 代碼指令。

分支覆蓋（Branches），和上面的分支覆蓋基本是一樣的。

圈復雜度覆蓋（Cyclomatic Complexity），可以認為就是路徑覆蓋率。

語句覆蓋（Lines），和上面的語句覆蓋基本是一樣的。

方法覆蓋（Methods），覆蓋所有的方法。

類覆蓋（Classes），覆蓋所有的類。

怎么寫有效的單元測試？

到現在，相信大家對怎么寫單元測試應該有一定概念了。但是很多人也會有疑問：

單元測試耗費太多時間，會不會降低生產效率？

單元測試會不會很難維護？比如修改代碼時還總是需要修改單元測試。

關于第一個問題，相信大家應該都能理解，如果我們在開發時發現 BUG，那么解決它是很容易的；但是一旦到了集成、驗收甚至上線之后，那么要解決它就要花費比較大的代價了。業界很早就有共識，并且有不少數據可以證明，有效的單元測試雖然要花費更多編碼時間，但是可以很大的減少項目的集成、測試和維護成本。

注意上面提到很重要一點是，單元測試必須是有效的，如果我們發現單元測試很難維護，那往往是因為我們沒有寫出有效的單元測試。

不是所有的代碼都需要單元測試

寫單元測試我們也需要考慮投入產出比，例如下面這些情況，寫單元測試的投入產出比可能會較差。

短期的或者一次性的項目，例如 Demo、數據更新腳本。

業務簡單的，不含太多邏輯的模塊。例如獲取或者查找一個數據，或者沒有分支條件的業務邏輯等。

UI 層，相對而言比較難做單元測試，除非 UI 本身就有比較復雜的邏輯（其實某些 UI 框架也提供了單元測試工具）。

那么那些情況下要寫單元測試呢？簡單來說，就是兩類。

邏輯復雜、不容易理解、容易出錯的模塊。例如，計算閏年的方法、訂單下單等。

公共模塊或者核心的業務模塊。

即使對于需要寫單元測試的模塊，我們也應該關注最核心最重要的測試用例，而沒必要單純的追求覆蓋率，或者追求條件覆蓋甚至路徑覆蓋，一般做到分支覆蓋就可以了。另外一個有效的方法是，對于出現的每一個 BUG，添加一個單元測試。

單元測試應該是穩定的

這里穩定的第一個含義是，單元測試不應該經常需要修改。如果單元測試經常因為底層實現邏輯的變動而需要修改，那一定不是好的單元測試。也就是說，被測單元的接口應該是穩定的、設計良好的、易于擴展的。

穩定的第二個含義是，單元測試的結果應該是穩定的。如果在不同的環境、不同的情況運行單元測試，會返回不同的結果，那就不是好的單元測試。如果測試需要依賴特定的數據、文件等，那需要有前置的初始化腳本確保依賴的數據、文件在所有環境都存在并且是一致的。

單元測試應該是灰盒測試

單元測試應該覆蓋核心邏輯的各種分支、邊界及異常，但是避免涉及易變的實現邏輯。也就是說，我們不應該把單元測試當成完全的白盒測試，但也不是黑盒測試，而應該把它當成介于白盒和黑盒之間的灰盒測試。

被測代碼應該是抽象良好的

如果我們發現一段代碼很難編寫單元測試，常常是因為這段代碼沒有符合良好的抽象規范，比如沒有使用 DI、不符合單一職責原則、或者依賴了全局的公共變量和方法等等。我們可以考慮優化這段代碼，再來嘗試單元單元測試。

談談到底什么是抽象，以及軟件設計的抽象原則 介紹了軟件抽象的原則，這里就不再重復了。

編碼時就應該同時寫好單元測試

這樣我們才能在調試時就發揮單元測試的優勢，對代碼的任何修改都能得到即時反饋。如果是后面再補充單元測試，一方面對實現可能已經不太熟悉了，編寫測試的代價更大了；另一方面，單元測試能發揮的作用也變小了。不過即使這樣，對那些需要長遠維護的項目，編寫單元測試也還是很有用的。

單元測試的代碼質量也很重要

單元測試也是代碼，也是需要不斷維護的。所以我們不應該隨隨便便的去寫單元測試，而是要把他們也當成普通代碼一樣，要做到高質量、模塊化、可維護。

為什么要寫單元測試之終極原因

終極原因是，作為一名優秀的工程師，如果被 QA 和產品經理 Challenge 有 BUG，能忍嗎？而我們工程師當然要用工程師 Style 的測試方法，那就是自動化的單元測試了，不是嗎？

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