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Spring Boot 单元测试实践（二）

前言

在前文《Spring Boot 单元测试实践》中讲了在单元测试中外部依赖需要进行 Mock，从而保证测试用例的?R（可重复的）?原则。

那么如何对依赖 MySQL，Redis、MQ 等相关操作去进行 Mock 呢？本文基于 Spring Boot 2.3、Junit 5、Mockito 来进行一个简单的示范，来说明如何去进行 Mock 和 Stub 的，同时附带一些 Junit5 的简单操作.

MocK

Mock 方法是单元测试中常见的一种技术，它的主要作用是模拟一些在应用中不容易构造或者比较复杂的对象，从而把测试与测试边界以外的对象隔离开。1

Stub

桩（Stub / Method Stub）是指用来替换一部分功能的程序段。桩程序可以用来模拟已有程序的行为（比如一个远端机器的过程）或是对将要开发的代码的一种临时替代。因此，打桩技术在程序移植、分布式计算、通用软件开发和测试中用处很大。2

实践

引入依赖

Spring Boot 2.3.12.RELEASE、JPA、RabbitMQ、Redis，高版本的 Spring Boot 已经升级为 Junit 5 (但还保留了 Junit 4 的依赖，可以 exclude 掉)

完整依赖

Junit 5

Junit 5 与 4 有一些差异，但差异并不大，同时在断言方面提供了更全的功能（相对 Junit 4）

?图片截图自?JUnit 5 和 JUnit 4 比较

而就 Spring 而言，最大差别就是想要使用 Spring 容器就得使用以下方式：

@RunWith(SpringRunner.class)  => @ExtendWith(SpringExtension.class)
复制代码

@RunWith(SpringRunner.class)?能用但是无法再注入 Bean 了，包括 MockBean，下图 debug 可以看到：?

准备环境

说明

业务场景为某个活动海报的一个阶段领奖操作，根据现有业务逻辑简化改造而来

ActivityRepository：活动仓储类，操作数据
ActivityService：此类依赖ActivityRepository以及RedisTemplate
ActivityService#award：本次需要进行单元测试的业务方法，此法方法依赖了数据库和 Redis

领奖伪代码：

public void award(activityId, posterId, stageId, userId) {
    // 根据 activityId 检查活动是否存在
    // 从 Redis 获取阶段的领奖状态（Redis 以 Hash 结构存储活动海报的阶段领奖状态，key 为 posterId（一个用户在一个活动内 posterId 唯一）， field 为 stageId）   
    if (status == null) {
        // 状态数据不存在，查询数据库是否有领奖记录
        if (exist) {
            // 同步至 redis 并返回
            return;
        }
    } else (status) {
        return;
    }
    /* 没有领奖则进行领奖操作 */
    // 查询阶段
    // 保存至数据库
    // 领奖状态写入 Redis     
}    
复制代码

完整代码

设计 Case

case 1,2,4 为附加的，如何 mock 请看 case 3

Case 1：依赖基础设施

使用?@SpringBooTest?注解需要配置相关依赖才能启动

@Slf4j
@SpringBootTest
public class Case1Test {

    @Test
    // 此为 Junit 5 的注解，别名
    @DisplayName("依赖基础设施测试")
    void infrastructureRequired() {
        log.info("需要依赖基础设施");
    }

}
复制代码

Case 2：不依赖基础设施

@Slf4j
@Import({ActivityService.class})
@ExtendWith(SpringExtension.class)
public class Case2Test {
    @Resource
    private ActivityService service;
    @MockBean
    private ActivityRepository repository;
    @MockBean
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

    @Test
    @DisplayName("无需依赖基础设施测试")
    void noInfrastructureRequired() {
        log.info("无需基础设施也能运行");

        Assertions.assertNotNull(service);
        Assertions.assertNotNull(repository);
        Assertions.assertNotNull(redisTemplate);
    }
}
复制代码

可以看到并没有，也不需要启动 Spring 容器

Case 3：award() 单测

前文提到?award()?方法会查询数据库以及 Redis，因此需要对这一部分操作进行 Mock 和 Stub.

可以利用 Mockito 对下述代码中?# ----- stub {num} -----?后所跟随语句进行 stub（完整方法见文末）

因为存在分支控制语句，所以只演示了一条基本路径进行单元测试，而且刚好覆盖大部分 stub 1,2,3,5,6,7

// com.jingwu.example.service.ActivityService#award
public void award(AwardDTO dto) {
    String id = dto.getActivityId(), stageId = dto.getStageId(), userId = dto.getUserId();
    # ----- stub 1 -----
    final ActivityDO activity = repository.selectById(id);
    if (Objects.isNull(activity)) throw new RuntimeException();

    String hashKey = String.format(FISSION_POSTER_AWARD, dto.getPosterId());
    String key = String.valueOf(stageId);
    
    # ----- stub 2 -----
    Object result = redisTemplate.opsForHash().get(hashKey, key);
    if (Objects.isNull(result)) {
        # ----- stub 3 -----
        Boolean exist = repository.exist(id, stageId, userId);
        if (exist) {
            # ----- stub 4 -----
            redisTemplate.opsForHash().put(hashKey, key, true);
            redisTemplate.expire(hashKey, 2L, TimeUnit.HOURS);
            return;
        }
    } else if ((Boolean) result) {
        return;
    }
    # ----- stub 5 -----
    ActivityStageDO stage = repository.selectStage(stageId, id);
    if (Objects.isNull(stage)) throw new RuntimeException();
    
    ActivityStageAwardDO entity = new ActivityStageAwardDO()
        .setActivityId(id).setStageId(stageId)
        .setUserId(userId).setStageNum(stage.getStageNum());

    # ----- stub 6 -----
    repository.saveAward(entity);
    # ----- stub 7 -----
    redisTemplate.opsForHash().put(hashKey, key, true);
    redisTemplate.expire(hashKey, 2L, TimeUnit.HOURS);
}
复制代码

Stub 0

选择?award()?方法，?Ctrl+Shift+T，选择需要进行单元测试的方法，回车创建?ActivityServiceTest

由于针对?ActivityService?进行单元测试，因此通过注解@Import({ActivityService.class})?注入 Bean (参考?Spring Boot 单元测试实践 @Import 章节)
ActivityService?中依赖?ActivityRepository?和?RedisTemplate?，而在此单元测试中关注的是?award()?方法的业务逻辑，并不关注两者的 Bean 在 Spring 容器中是否真的存在或者能注入，因此可以通过?spring boot test?提供的 @MockBean 注解来 Mock 注入依赖的 Bean（有多少 Bean 依赖就需要 Mock 多少 Bean，否则会?IllegalStateException: Failed to load ApplicationContext）

@Import({ActivityService.class})
@ExtendWith(SpringExtension.class)
public class ActivityServiceTest {

    @Resource
    private ActivityService service;
    @MockBean
    private ActivityRepository repository;
    @MockBean
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;
    
}
复制代码

Stub 1

award()?方法中会执行?repository.selectById(id)?语句，而?repository?会去操作数据库，因此需要通过 mock/stub 来替换实际的 JDBC 操作.

可以利用?doReturn().when()?或者?when().thenReturn()?进行 stub.

doReturn?和?thenReturn?在针对?Mock?对象是一样的效果，仅语法存在差异，只有在使用?Spy?对象时会有所不同（参见 Case 4）

    repository.selectById(id)  
    
=>  ActivityDO activity = mockActivity();
    doReturn(activity).when(repository).selectById(ACTIVITY_ID);
//  或者 
=>  when(repository.selectById(ACTIVITY_ID)).thenReturn(activity);    
复制代码

Stub 2

    redisTemplate.opsForHash().get(hashKey, key)
复制代码

由于?redisTemplate.opsForHash().get(hashKey, key)?是链式操作，需要分步 stub，而?opsForHash?会返回一个包访问权限的对象，即?DefaultHashOperations，此类在自己的包目录下是无法访问的，那么如何去 Mock 此对象呢？

自建一个相同路径的包，然后自定义?public?类去继承?DefaultHashOperations（你学废没有？）

MyDefaultHashOperations mockOpt = mock(MyDefaultHashOperations.class);
doReturn(mockOpt).when(redisTemplate).opsForHash();
doReturn(null).when(mockOpt).get(any(), any());
复制代码

当?award()?方法中执行至?redisTemplate.opsForHash()?时，返回?mockOpt，然后?mockOpt?再调用?get()?方法时返回 null（为了走进 if 分支）

any() 用法见 Mockito 操作

此外还有另一种方式，封装辅助类来完成对 Redis 操作（将?ActivityService?与?RedisTeamplate?解耦），此时只需要 mock 一次辅助类即可.


@MockBean
private RedisHelper helper;

method(){
    ...
    helper.hget(key, field);
    ...
}

@Test
method(){
    ...
    doReturn(object).when(helper).hget(any(), any());
    ...
}

复制代码

当对业务逻辑的 Mock 和 Stub 很难去进行下去时，有可能是代码结构存在一些问题，此时需要及时调整，进行小范围重构.

Stub 7

    redisTemplate.opsForHash().put(hashKey, key, true);
    redisTemplate.expire(hashKey, 2L, TimeUnit.HOURS);
        
=>  doNothing().when(spyOpt).put(any(), any(), any());
    doReturn(true).when(redisTemplate).expire(anyString(), anyLong(), eq(TimeUnit.HOURS));
复制代码

void?方法使用?doNothing?来进行 Stub；mock 方法的传参见?任意参数

stub 5、6 参考 stub 1 即可，stub 4 不在此测试路径内，Stub 方式参考 stub 7

完整 Case

@Slf4j
@Import({ActivityService.class})
@ExtendWith(SpringExtension.class)
public class ActivityServiceTest {

    @Resource
    private ActivityService service;
    @MockBean
    private ActivityRepository repository;
    @MockBean
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

    private final Fairy fairy = Fairy.create(Locale.CHINA);

    private static final String ACTIVITY_ID = "1";
    private static final String POSTER_ID = "10";
    private static final String STAGE_ID = "100";

    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Test
    @DisplayName("活动阶段领奖测试")
    void award() {
        AwardDTO dto = new AwardDTO();
        dto.setActivityId(ACTIVITY_ID);
        dto.setStageId(STAGE_ID);
        dto.setPosterId(POSTER_ID);
        ActivityDO activity = mockActivity();

        MyDefaultHashOperations mockOpt = mock(MyDefaultHashOperations.class);
        doReturn(mockOpt).when(redisTemplate).opsForHash();
        doReturn(null).when(mockOpt).get(any(), any());
        doReturn(activity).when(repository).selectById(ACTIVITY_ID);
        doReturn(mockStage()).when(repository).selectStage(any(), any());
        doReturn(false).when(repository).exist(any(), any(), any());
        when(repository.saveAward(any())).thenReturn(true);
        doNothing().when(spyOpt).put(any(), any(), any());
        doReturn(true).when(redisTemplate).expire(anyString(), anyLong(), eq(TimeUnit.HOURS));

        service.award(dto);

        verify(repository, times(1)).saveAward(any());
        verify(redisTemplate, times(2)).opsForHash();
        verify(redisTemplate, times(1)).expire(anyString(), anyLong(), eq(TimeUnit.HOURS));
        verify(spyOpt, times(1)).put(any(), any(), any());
    }

}
复制代码

Case 4：doReturn 与 thenReturn

在操作 mock 对象时，doReturn?与?thenReturn?是一样的，操作 spy 对象时会不一样，thenReturn?在操作 spy 对象会调用真实方法，再返回 mock 数据，而?doReturn?则直接返回，并不会调用实际方法.

public class ActivityRepository {
    public Boolean saveAward(ActivityStageAwardDO entity) {
        final boolean result = RandomUtil.randomBoolean();
        log.info("保存结果：{}", result);
        function();
        return result;
    }
    private void function() {
        log.info("抛了异常");
        throw new NullPointerException();
    }
}

public class Case4Test {
    @BeforeEach
    void setUp() {
        log.info("---- UT Start ----");
    }

    @AfterEach
    void tearDown() {
        log.info("---- UT End ----\n");
    }

    @Test
    void doReturnTest() {
        Assertions.assertDoesNotThrow(() -> {
            final ActivityRepository spy = spy(ActivityRepository.class);
            doReturn(true).when(spy).saveAward(any());
            spy.saveAward(mockStageAward());
        });
    }

    @Test
    void thenReturnTest() {
        Assertions.assertThrows(NullPointerException.class, () -> {
            final ActivityRepository spy = spy(ActivityRepository.class);
            when(spy.saveAward(any())).thenReturn(true);
            spy.saveAward(mockStageAward());
        });
    }
}
复制代码

Mockito 操作

连续执行

# stub
// 第一次执行 返回 true， 第二次执行 返回 false. 1 和 2 等价
1. doReturn(true).doReturn(false).when(repository).exist(ACTIVITY_ID);

2. when(repository.exist(ACTIVITY_ID)).thenReturn(true).thenReturn(false);
       

method(id) {
    bool r1 = repository.exist(id); // r1 = true
    // do something()
    bool r2 = repository.exist(id); // r2 = flase
}

复制代码

Stub 传参

参数匹配器

见?org.mockito.ArgumentMatchers

固定参数

  doReturn(activity).when(repository).selectById(ACTIVITY_ID);
复制代码

以上语句表示当?award()?方法执行?repository.selectById()?语句且参数为?ACTIVITY_ID?则返回 mock 的?activity?对象. 如果传入的参数不等于?ACTIVITY_ID?时，则不会进行 stub.

任意参数

  doReturn(activity).when(repository).selectById(any());
复制代码

以上语句表示当?award()?方法执行?repository.selectById()?语句参数为?任意值?时则返回?activity?对象.

可以使用具体参数类型的参数匹配器，如

selectById(Long id)  => anyLong()
复制代码

多种参数

    redisTemplate.expire(hashKey, 2L, TimeUnit.HOURS);
    
=>  doReturn(true).when(redisTemplate).expire(anyString(), anyLong(), eq(TimeUnit.HOURS));
    // 或者
    doReturn(true).when(redisTemplate).expire(anyString(), eq(2L), eq(TimeUnit.HOURS));
    // 或者
    Long time = 2L;
    doReturn(true).when(redisTemplate).expire(anyString(), eq(time), eq(TimeUnit.HOURS));
   
    doReturn(true).when(redisTemplate).expire(anyString(), eq(2L), eq(TimeUnit.HOURS));   
    doReturn(true).when(redisTemplate).expire(anyString(), anyLong(), any());
    doReturn(true).when(redisTemplate).expire(any(), anyLong(), any());
    ... 
复制代码

当使用参数匹配器时，必须所有的参数都要用匹配器的方式，而不允许一部分参数是固定值，一部分参数使用匹配器，使用常量/固定值需要用?eq()?去包装.

参数匹配器有很多的组合方式，比较灵活，有兴趣的可以自己去尝试尝试.

Mockito 更多使用方式，请自行搜索吧~

总结

单元测试应当只关注当前方法的业务逻辑，其它的外部依赖都应通过 Mock 的方式完成.

@SpringBootTest?应当用于集成测试，非特别必要的单元测试不推荐使用，每次调试都需要启动 Spring 容器，个人觉得效率太低（当然最高效的还是不写啦 (⊙︿⊙)..）

最后，本文仅展示了一个 case 来示范如何 mock 的，但是 mock 思路基本上差不多，有机会会再输出一些相关的测试用例来进行示范.

其它

单元测试覆盖率

IDEA 支持覆盖率查看，测试目录或者测试类右键?Run 'xxTest' with Coverage

通过此操作能够针对不同测试路径来编写不同的测试用例

红色为未覆盖的，绿色为已覆盖

除此之外，在 CI/CD 利用 Jacoco 中设置质量门禁，单元测试覆盖率低于多少的流水线会执行失败，不允许提测、发布、上线（照这样，仅定个 10 % 可能大部分项目都无法发布上线了）.

Fairy（Mock 数据）

// java.util.Locale 指定区域，默认 ENGLISH
private final Fairy fairy = Fairy.create(Locale.CHINA);

@Test
void fairy() {   
    Person person = fairy.person();
    Company company = fairy.company();
    CreditCard creditCard = fairy.creditCard();
    TextProducer textProducer = fairy.textProducer();
    BaseProducer baseProducer = fairy.baseProducer();
    DateProducer dateProducer = fairy.dateProducer();
    NetworkProducer networkProducer = fairy.networkProducer();
}
复制代码

jFairy by Codearte

完整依赖

<dependencies>
     <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.projectlombok</groupId>
        <artifactId>lombok</artifactId>
        <scope>provided</scope>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.codearte.jfairy</groupId>
        <artifactId>jfairy</artifactId>
        <version>0.5.9</version>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>

<dependencyManagement>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>
            <version>2.3.12.RELEASE</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</dependencyManagement>
复制代码

业务逻辑

/**
 * @author 菁芜
 * @since 2021/7/22 - 20:17
 */
@Service
public class ActivityService {

    private static final String FISSION_POSTER_AWARD = "activity:poster:award:%s";
    private final ActivityRepository repository;
    private final RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

    public ActivityService(ActivityRepository repository, RedisTemplate<String, Object> redisTemplate) {
        this.repository = repository;
        this.redisTemplate = redisTemplate;
    }

    public void award(AwardDTO dto) {
        String id = dto.getActivityId();
        String stageId = dto.getStageId();
        String userId = dto.getUserId();

        final ActivityDO activity = repository.selectById(id);
        if (Objects.isNull(activity)) {
            throw new RuntimeException();
        }

        String hashKey = String.format(FISSION_POSTER_AWARD, dto.getPosterId());
        String key = String.valueOf(stageId);

        Object result = redisTemplate.opsForHash().get(hashKey, key);
        if (Objects.isNull(result)) {
            Boolean exist = repository.exist(id, stageId, userId);
            if (exist) {
                redisTemplate.opsForHash().put(hashKey, key, true);
                redisTemplate.expire(hashKey, 2L, TimeUnit.HOURS);
                return;
            }
        } else if ((Boolean) result) {
            return;
        }

        ActivityStageDO stage = repository.selectStage(stageId, id);
        if (Objects.isNull(stage)) {
            throw new RuntimeException();
        }
        ActivityStageAwardDO entity = new ActivityStageAwardDO()
                .setActivityId(id).setStageId(stageId)
                .setUserId(userId).setStageNum(stage.getStageNum());

        repository.saveAward(entity);

        redisTemplate.opsForHash().put(hashKey, key, true);
        redisTemplate.expire(hashKey, 2L, TimeUnit.HOURS);
    }

}
复制代码

项目地址

Spring Boot UT 之 Junit5

附部分参考文章，更多内容请自行搜索 -.-

[开发测试]Spring Boot 单元测试实践（二）