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一、單元測試概述

1.1 單元測試概念

單元測試是軟件開發過程中至關重要的一環，它專注于對軟件中最小的可測試單元進行驗證。在 Java 中，這些最小單元通常指的是方法或函數。通過精心設計針對這些單元的測試用例，我們能夠深入檢查每個單元的功能是否符合預期。

比如，在一個簡單的數學計算類中，有一個用于兩數相加的方法add(int a, int b)。單元測試就會針對這個方法編寫多個測試用例，包括正常的相加情況，如add(2, 3)是否返回5；也會考慮邊界情況，如add(0, 0)的結果，以及特殊情況，如傳入最大整數相加是否會溢出等。通過這樣細致的測試，確保add方法在各種情況下都能正確工作，為整個軟件系統的穩定性奠定基礎。

1.2 單元測試優勢

• 提前發現 bug：在開發過程中，越早發現問題，修復成本就越低。單元測試由開發人員在代碼編寫階段執行，能夠及時捕捉到代碼中的邏輯錯誤、邊界條件處理不當等問題，避免這些問題在后續集成測試、系統測試甚至生產環境中才被發現，從而節省大量的時間和精力。
• 便于重構：隨著項目的演進，代碼需要不斷重構以提高可維護性和擴展性。有了完善的單元測試，開發人員在重構代碼時可以更加放心，因為只要單元測試全部通過，就可以基本保證重構后的代碼功能沒有改變。例如，當對一個復雜算法進行優化時，運行單元測試可以快速驗證優化后的代碼是否依然正確。
• 提升代碼質量：編寫單元測試的過程促使開發人員更加深入地思考代碼的功能和邏輯，從而編寫出更健壯、更清晰的代碼。同時，單元測試也可以作為一種文檔，記錄代碼的預期行為和使用方式，方便后續維護和理解。

1.3 JUnit 5 框架組成

• JUnit Jupiter：它是 JUnit 5 的核心模塊，提供了全新的編程模型和擴展模型。在編程模型方面，它引入了一系列新的注解，如@Test、@BeforeEach、@AfterEach等，讓編寫測試代碼更加簡潔和靈活。在擴展模型上，允許開發者創建自定義的測試擴展，以滿足特定的測試需求。
• JUnit Vintage：主要用于兼容舊版本的 JUnit 測試，即 JUnit 3 和 JUnit 4 的測試用例。在項目從舊版本的 JUnit 遷移到 JUnit 5 時，這個模塊可以確保舊的測試用例依然能夠正常運行，為項目的平穩過渡提供保障。
• JUnit Platform：作為整個 JUnit 5 測試框架的基礎，它為在 JVM 上啟動測試框架提供了必要的支持，定義了 TestEngine API，用于開發在平臺上運行的測試引擎，使得 JUnit 5 能夠與各種 IDE 和構建工具集成，方便開發者使用。

1.4 JUnit 5 環境搭建

以 Maven 項目為例，在pom.xml文件中添加 JUnit 5 依賴：

<dependency><groupId>org.junit.jupiter</groupId><artifactId>junit-jupiter-api</artifactId><version>5.10.0</version><scope>test</scope>
</dependency>
<dependency><groupId>org.junit.jupiter</groupId><artifactId>junit-jupiter-engine</artifactId><version>5.10.0</version><scope>test</scope>
</dependency>

如果需要兼容 JUnit 4 的測試，還需添加：

<dependency><groupId>org.junit.vintage</groupId><artifactId>junit-vintage-engine</artifactId><version>5.10.0</version><scope>test</scope>
</dependency>

在 IDE 中的配置步驟如下：

• IntelliJ IDEA：新建項目時，若選擇 Maven 項目，在創建過程中可直接在pom.xml添加上述依賴，IDEA 會自動下載相關庫。若項目已創建，打開pom.xml添加依賴后，點擊右上角的Maven圖標，選擇Reload All Maven Projects即可。創建測試類時，在src/test/java目錄下新建類，無需額外配置即可使用 JUnit 5 進行測試。
• Eclipse：新建 Java 項目后，右鍵點擊項目，選擇Properties，在彈出的窗口中選擇Java Build Path，切換到Libraries標簽，點擊Add Library，選擇JUnit，然后選擇JUnit 5，點擊Finish。之后在src/test/java目錄下創建測試類即可使用 JUnit 5。

二、JUnit 5 核心功能實戰

2.1 測試類與測試方法

在 JUnit 5 中，使用@Test注解來標記一個方法為測試方法。例如：

import org.junit.jupiter.api.Test;public class CalculatorTest {@Testpublic void testAdd() {// 測試邏輯}
}

@DisplayName注解則可以為測試類或測試方法自定義顯示名稱，使測試報告更加易讀。例如：

import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;@DisplayName("計算器測試類")
public class CalculatorTest {@Test@DisplayName("加法測試方法")public void testAdd() {// 測試邏輯}
}

2.2 測試生命周期

• @BeforeEach：標注在方法上，在每一個測試方法（使用@Test、@RepeatedTest、@ParameterizedTest或@TestFactory注解的方法）執行之前都會執行該方法。常用于初始化測試所需的資源，如創建對象實例、建立數據庫連接等。例如：

import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;public class UserServiceTest {private UserService userService;@BeforeEachpublic void setUp() {userService = new UserService();}@Testpublic void testAddUser() {// 測試添加用戶的邏輯}
}

• @AfterEach：標注在方法上，在每一個測試方法執行之后都會執行該方法。主要用于清理測試過程中產生的資源，如關閉數據庫連接、刪除臨時文件等。例如：

import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;public class UserServiceTest {private UserService userService;@BeforeEachpublic void setUp() {userService = new UserService();}@Testpublic void testAddUser() {// 測試添加用戶的邏輯}@AfterEachpublic void tearDown() {// 清理資源的邏輯}
}

• @BeforeAll：標注在靜態方法上，在當前測試類中所有的測試方法執行之前執行一次。適用于初始化一些在整個測試類中都需要共享的資源，如加載配置文件、初始化數據庫連接池等。例如：

import org.junit.jupiter.api.BeforeAll;
import org.junit.jupiter.api.Test;public class DatabaseTest {private static DatabaseConnection connection;@BeforeAllpublic static void setUp() {connection = DatabaseConnection.getConnection();}@Testpublic void testQuery() {// 測試數據庫查詢的邏輯}
}

• @AfterAll：標注在靜態方法上，在當前測試類中所有的測試方法執行完畢之后執行一次。用于釋放那些在@BeforeAll中初始化的共享資源，如關閉數據庫連接池、釋放文件鎖等。例如：

import org.junit.jupiter.api.AfterAll;
import org.junit.jupiter.api.BeforeAll;
import org.junit.jupiter.api.Test;public class DatabaseTest {private static DatabaseConnection connection;@BeforeAllpublic static void setUp() {connection = DatabaseConnection.getConnection();}@Testpublic void testQuery() {// 測試數據庫查詢的邏輯}@AfterAllpublic static void tearDown() {connection.close();}
}

2.3 斷言方法

斷言方法是 JUnit 5 中用于驗證測試結果是否符合預期的關鍵工具。常用的斷言方法有：

• assertEquals：用于驗證兩個值是否相等。例如：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;public class MathUtilsTest {@Testpublic void testAdd() {int result = MathUtils.add(2, 3);assertEquals(5, result);}
}

• assertTrue：用于驗證某個條件是否為真。例如：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertTrue;public class StringUtilsTest {@Testpublic void testIsEmpty() {assertTrue(StringUtils.isEmpty(""));}
}

• assertNotNull：用于驗證某個對象是否不為空。例如：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertNotNull;public class UserServiceTest {@Testpublic void testGetUserById() {User user = userService.getUserById(1);assertNotNull(user);}
}

2.4 異常測試

在測試過程中，常常需要驗證某些代碼在特定情況下是否會拋出預期的異常。JUnit 5 提供了兩種主要的方式來進行異常測試：

• @Test (expected = 異常類.class)：在 JUnit 4 中就已存在，在 JUnit 5 中仍然可用。通過在@Test注解中使用expected屬性指定預期拋出的異常類型。例如：

import org.junit.jupiter.api.Test;public class MathUtilsTest {@Test(expected = ArithmeticException.class)public void testDivideByZero() {MathUtils.divide(10, 0);}
}

• assertThrows：JUnit 5 中新增的方式，通過assertThrows方法來驗證代碼塊是否拋出預期的異常，并可以進一步對異常的屬性進行驗證。例如：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertThrows;public class MathUtilsTest {@Testpublic void testDivideByZero() {ArithmeticException exception = assertThrows(ArithmeticException.class,() -> MathUtils.divide(10, 0));assertEquals("/ by zero", exception.getMessage());}
}

這種方式不僅能驗證異常是否拋出，還能獲取異常對象，從而對異常的詳細信息（如錯誤消息、堆棧跟蹤等）進行斷言驗證。

三、單元測試進階實戰

3.1 參數化測試

在 JUnit 5 中，參數化測試是一項非常實用的功能，它允許我們使用不同的參數多次運行同一個測試方法，從而覆蓋更多的測試場景。通過@ParameterizedTest注解結合@ValueSource、@MethodSource等注解來實現。

比如，我們有一個用于判斷數字是否為偶數的方法isEven(int num)，可以編寫如下參數化測試：

import org.junit.jupiter.params.ParameterizedTest;
import org.junit.jupiter.params.provider.ValueSource;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertFalse;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertTrue;public class MathUtilsTest {@ParameterizedTest@ValueSource(ints = {2, 4, 6, 8})public void testIsEven(int num) {assertTrue(MathUtils.isEven(num));}@ParameterizedTest@ValueSource(ints = {1, 3, 5, 7})public void testIsNotEven(int num) {assertFalse(MathUtils.isEven(num));}
}

在上述代碼中，@ParameterizedTest注解表明這是一個參數化測試方法。@ValueSource(ints = {2, 4, 6, 8})提供了一組測試數據，testIsEven方法會針對這組數據中的每一個值執行一次，驗證isEven方法在這些偶數輸入下的正確性。同理，testIsNotEven方法針對奇數數據進行測試。

如果需要更復雜的參數設置，可以使用@MethodSource注解。例如：

import org.junit.jupiter.params.ParameterizedTest;
import org.junit.jupiter.params.provider.MethodSource;
import java.util.stream.Stream;public class MathUtilsTest {static Stream<Integer> evenNumbersProvider() {return Stream.of(2, 4, 6, 8);}@ParameterizedTest@MethodSource("evenNumbersProvider")public void testIsEven(int num) {assertTrue(MathUtils.isEven(num));}
}

這里通過evenNumbersProvider方法返回一個包含偶數的Stream，@MethodSource(“evenNumbersProvider”)指定該方法作為參數數據源，testIsEven方法會根據這個數據源中的數據依次執行測試。

3.2 測試套件

在實際項目中，通常會有多個測試類。使用測試套件可以將多個相關的測試類組織在一起，方便批量執行。在 JUnit 5 中，使用@Suite注解來創建測試套件。

假設我們有兩個測試類CalculatorTest和MathUtilsTest，可以創建一個測試套件類AllTestsSuite：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.junit.jupiter.api.runner.RunWith;
import org.junit.platform.suite.api.SelectClasses;
import org.junit.platform.suite.api.Suite;@RunWith(JUnitPlatform.class)
@Suite
@SelectClasses({CalculatorTest.class, MathUtilsTest.class})
public class AllTestsSuite {// 測試套件類不需要任何方法，僅用于組織測試類
}

在上述代碼中，@RunWith(JUnitPlatform.class)指定使用 JUnit Platform 運行測試，@Suite注解表明這是一個測試套件，@SelectClasses注解指定要包含在測試套件中的測試類。運行AllTestsSuite時，JUnit 會依次執行CalculatorTest和MathUtilsTest中的所有測試方法，大大提高了測試效率，尤其適用于集成測試或回歸測試場景。

3.3 Mockito 框架

在單元測試中，被測對象往往依賴其他對象。這些依賴對象可能是數據庫連接、網絡服務調用等，直接使用真實的依賴對象進行測試會帶來很多問題，比如測試環境依賴、測試速度慢等。Mockito 框架就是為了解決這些問題而誕生的，它可以模擬依賴對象的行為，實現隔離測試。

以一個用戶服務類UserService依賴用戶倉庫類UserRepository為例：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.junit.jupiter.api.extension.ExtendWith;
import org.mockito.Mock;
import org.mockito.junit.jupiter.MockitoExtension;import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;
import static org.mockito.Mockito.when;@ExtendWith(MockitoExtension.class)
public class UserServiceTest {@Mockprivate UserRepository userRepository;@Testpublic void testGetUserById() {// 模擬userRepository.findById(1L)的返回值User mockUser = new User(1L, "張三", "zhangsan@example.com");when(userRepository.findById(1L)).thenReturn(mockUser);UserService userService = new UserService(userRepository);User user = userService.getUserById(1L);assertEquals(mockUser, user);}
}

在上述代碼中，首先通過@Mock注解創建了UserRepository的模擬對象userRepository。在testGetUserById方法中，使用when(userRepository.findById(1L)).thenReturn(mockUser)模擬了userRepository.findById(1L)方法的行為，使其返回一個預設的模擬用戶對象mockUser。然后創建UserService對象并調用getUserById方法，最后斷言返回的用戶對象與模擬用戶對象一致。這樣就實現了對UserService的隔離測試，不受UserRepository實際實現的影響，提高了測試的獨立性和可重復性。

3.4 單元測試實戰案例

下面以一個UserService層的方法測試為例，綜合展示 JUnit 5 的各種功能和技術的使用。假設UserService有一個注冊用戶的方法registerUser(User user)，該方法依賴UserRepository來保存用戶信息，并且需要對用戶輸入進行一些驗證。

首先，創建UserService和UserRepository接口及實現類：

// UserRepository接口
public interface UserRepository {User save(User user);
}// UserRepository實現類
public class UserRepositoryImpl implements UserRepository {@Overridepublic User save(User user) {// 實際保存用戶到數據庫的邏輯，這里簡化為直接返回用戶對象return user;}
}// UserService接口
public interface UserService {boolean registerUser(User user);
}// UserService實現類
public class UserServiceImpl implements UserService {private final UserRepository userRepository;public UserServiceImpl(UserRepository userRepository) {this.userRepository = userRepository;}@Overridepublic boolean registerUser(User user) {if (user == null || user.getUsername() == null || user.getPassword() == null) {return false;}// 簡單的用戶名長度驗證if (user.getUsername().length() < 3) {return false;}User savedUser = userRepository.save(user);return savedUser != null;}
}

然后，編寫UserService的單元測試類：

import org.junit.jupiter.api.*;
import org.junit.jupiter.api.extension.ExtendWith;
import org.mockito.Mock;
import org.mockito.junit.jupiter.MockitoExtension;import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;
import static org.mockito.Mockito.when;@DisplayName("用戶服務測試")
@ExtendWith(MockitoExtension.class)
public class UserServiceTest {@Mockprivate UserRepository userRepository;private UserService userService;@BeforeEachpublic void setUp() {userService = new UserServiceImpl(userRepository);}@Test@DisplayName("正常注冊用戶測試")public void testRegisterUserSuccess() {User user = new User("testUser", "testPassword", "test@example.com");when(userRepository.save(user)).thenReturn(user);boolean result = userService.registerUser(user);assertTrue(result);}@Test@DisplayName("注冊用戶為空測試")public void testRegisterUserWithNullUser() {boolean result = userService.registerUser(null);assertFalse(result);}@Test@DisplayName("注冊用戶用戶名過短測試")public void testRegisterUserWithShortUsername() {User user = new User("ab", "testPassword", "test@example.com");boolean result = userService.registerUser(user);assertFalse(result);}@Test@DisplayName("注冊用戶保存失敗測試")public void testRegisterUserSaveFailure() {User user = new User("testUser", "testPassword", "test@example.com");when(userRepository.save(user)).thenReturn(null);boolean result = userService.registerUser(user);assertFalse(result);}
}

在這個測試類中：

• 使用@DisplayName為測試類添加了有意義的顯示名稱。
• 通過@Mock創建了UserRepository的模擬對象，并在@BeforeEach方法中創建UserService對象，將模擬的UserRepository注入其中。
• 編寫了四個測試方法，分別測試正常注冊用戶、注冊用戶為空、注冊用戶用戶名過短以及注冊用戶保存失敗的情況。每個測試方法都使用了斷言來驗證方法的返回結果是否符合預期，同時利用 Mockito 框架模擬了UserRepository的save方法的不同行為，以覆蓋各種可能的測試場景，確保UserService的registerUser方法在各種情況下都能正確工作。