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[开发测试]Spock测试框架浅尝

0. 写在前面

这篇文章会介绍 Spock 测试框架相关的一些基本概念，包括数据驱动测试（Data Driven Testing）、基于交互的测试（Interaction Based Testing）、Mocking 和 Stubbing 等，这其中会带有一些简单的例子。

这篇文章绝大部分内容来自Spock官方文档，说它为官方文档的粗糙翻译也不为过🥲。我把自己使用 Spock 时认为比较重要的内容放在了这里，它们只是概念性的解释，参考资料 - 2是一篇快速上手文档，我也会尽量在下篇文章中展示工程中实际使用 Spock 的场景。如果哪些地方描述的太过晦涩，你可以直接移步至官方文档。

文章主要会从单元测试的角度介绍 Spock，对于集成测试，使用方式不会相差很多。还有你可能需要懂一点 Groovy 语言，如果例子中的某些地方你看起来有些吃力，它们很可能是 Groovy 的特性。现在，让我们开始吧！

1. 为什么要进行单元测试？

你可能很随意地说出单元测试的一些好处，不过我们不妨再复习一遍，你会对单元测试有新的体会。

1.1 什么是单元测试？

单元测试（Unit Testing）是一种软件测试方法，它会测试源代码中的各个单元来确定它们是否适合使用。单元是指最小的可测试软件组件，通常是一个只包括单一功能的方法。相比于更大的代码块，记录和分析测试结果更容易，单元测试揭示的缺陷更容易定位，也相对更容易修复，简单讲，单元测试更容易进行。

1.2 单元测试的几个好处

提高代码质量、尽早发现缺陷和降低后期修复成本：软件工程中提到过，越早的暴露缺陷，修复的成本越低，单元测试应该算是发现代码bug的最早过程。同时，这也会间接地提高代码质量，你可能还会思考有没有更好的代码设计，并考虑测试单元的核心功能，因为你需要保证它可测试；
开发过程会更敏捷、有利于安全重构：当你向工程中添加越来越多的功能时，有时需要修改旧的设计和代码。然而，更改测试过的代码既危险又昂贵。如果我们有单元测试，你就可以很自信地进行重构，及时地确保重构后的代码没有问题；
方便调试、对所写代码更有体感：毫无疑问，单元测试更容易调试，当进行单元测试时，我们的目光会聚焦于单个单元，你不必去考虑依赖和上下文。更重要的是，对于无法在本地启动的较大工程，单元测试能让你在本地执行和调试，这会具体到你需要考虑单元中的每个数据类型和边缘条件。

2. Spock框架介绍

我们首先来看 Spock 官方文档对自己的定义：

Spock is a testing and specification framework for Java and Groovy applications. …Thanks to its JUnit runner, Spock is compatible with most IDEs, build tools, and continuous integration servers.

和某篇优秀的guide提及的内容：

Mainly, Spock aims to be a more powerful alternative to the traditional JUnit stack, by leveraging Groovy features.

首先，Spock 是用于 Java 和 Groovy 应用程序的测试和规范框架。因为测试代码需要用 Groovy 来写，所以你可以用到 Groovy 的一些灵活的特性，并且 Spock 还有自己的一些很酷的语法。因为其底层依赖 JUnit，所以你不必担心 JUnit 完成的测试 Spock 做不到，而且 Spock 会让测试代码更简洁。我们接着来看与 Spock 有关的一些概念。

2.1 规范 Specification

我们先来看官方文档中的一段介绍：

Spock lets you write specifications that describe expected features (properties, aspects) exhibited by a system of interest.

我们重点说明下划线标记的3个地方。首先，这里 Specification 是指软件需求规范（Software Requirements Specification），它完整描述了期望某个系统怎样运行。我们会使用 Spock 编写 Specification，它会描述一个兴趣系统（System Of Interest，我们这里简称为 SOI ）的预期 features。SOI 可以是一个简单类或整个应用程序，这主要看你想测试什么，比如想做集成测试或系统测试，SOI 的范围就会相应变大；如果是单元测试，把范围限制到单个类即可。接着 features 就是我们想测试的一个个功能点，后面还会提到它。

class HelloSpecification extends Specification {
    // fields
    // fixture methods <--
    // feature methods <--
    // helper methods
}

我们实现的 specification 是一个继承自spock.lang.Specification的 Groovy 类，类Specification包含很多我们编写规范时有用的方法。命名时通常和 SOI 关联，比如PlanetServiceSpec、CustomerSpec。

夹具方法 Fixture Methods

def setupSpec() {}    // runs once -  before the first feature method
def setup() {}        // runs before every feature method
def cleanup() {}      // runs after every feature method
def cleanupSpec() {}  // runs once -  after the last feature method

Fixture methods 负责初始化和清理运行 feature methods 的环境。你可以将它类比到 JUnit 中的@Before和@After。这些夹具方法会有一定的运行顺序，更详细说明你可以参考官方文档：Fixture Methods。

特征方法 Feature Methods

def "one plus one should equal two"() {
	// blocks go here, e.g.
    expect:
    1 + 1 == 2
}

特征方法是整个 Spock 的核心，现在把目光聚焦到 feature，我们做测试的根本目的是关注某个 feature（或者叫功能/特征）是否可行。实际上，Spock 中的 feature 就是 JUnit 中的 test。你会发现特征方法的方法名可以是字符串，所以你应该起个好名字，来说明这个方法主要做什么测试。

相比于 JUnit，Spock 将一个特征方法拆分为表达更形象的4个阶段（phases）：

Setup：初始化方法运行环境（可选）
Stimulus：就像它的名字，被测试方法启动的地方
Response：验证测试结果，就像 JUnit 中的断言
Cleanup：清理方法运行环境（可选）

块 Blocks

在这里插入图片描述
Spock 提供了块（blocks）去支持这些阶段，你可以仔细看上面的图，Blocks 是 Spock使用标签来拆分测试阶段的一种原生方式，它们是given、when、then、expect、cleanup和where，其中where比较特殊，它没有对应特殊的阶段，而是会和整个特征方法运行时关联。你可以在官方文档：Feature Methods 找到更详细的说明。

我们顺带使用 Groovy 的一些特性，比如：

def "element should be able to remove from list"() {
    given:
    def list = [1, 2, 3, 4]

    when:
    list.remove(0)

    then:
    list == [1, 3, 4]
}

我们在given中提供相关的环境，在when中给出条件，最后在then中判断。通常，given、when和then这样的三段式会很常见。

同时，你会发现上面那个特征方法运行应该是失败的，不过，测试失败时的结果展示也很清晰：

Condition not satisfied:

list == [1, 3, 4]
|    |
|    false
[2, 3, 4]
 <Click to see difference>

at FirstSpecification.element should be able to remove from list(FirstSpecification.groovy:30)

2.2 数据驱动测试 Data Driven Testing

可以说，数据驱动测试是使用不同的参数和断言多次测试相同的行为（behavior）。使用 Spock 会让这种做法操作起来更方便。

数据表格 Data Tables

使用数学例子比较能清晰地说明这种情况：

class MathSpec extends Specification {
    def "maximum of two numbers"() {
        expect:
        Math.max(a, b) == c

        where:
        a | b | c
        1 | 3 | 3
        7 | 4 | 7
        0 | 0 | 0
    }
}

Spock 提供了一种更方便的方式进行参数化测试（parameterized test），那就是数据表格（Data Table），同时它应该在where块中，表格中的值可以是多种类型。

数据管道 Data Pipes

你会发现given块中设置固定的环境，where块中会提供流动的数据。有时，数据表格提供数据的方式并不是那么灵活，比如数据类型有点复杂，或者数据来自外部函数，像是测试用的数据库。其实，数据表格不是 Spock 提供数据的唯一方式，并且它其实是一个或多个数据管道（Data Pipe）组合后的语法糖：

...
where:
a << [1, 7, 0]
b << [3, 4, 0]
c << [3, 7, 0]

这种写法和上面数据表格写法所表达的意思是一样的。数据管道会更灵活一些，比如存在嵌套的数据结构：

...
where:
[a, [b, _, c]] << [
    ['a1', 'a2'].permutations(),
    [
        ['b1', 'd1', 'c1'],
        ['b2', 'd2', 'c2']
    ]
].combinations()

它对应下方的数据表格，_表示该字段无意义。

a	b	c
[‘a1’, ‘a2’]	‘b1’	‘c1’
[‘a2’, ‘a1’]	‘b1’	‘c1’
[‘a1’, ‘a2’]	‘b2’	‘c2’
[‘a2’, ‘a1’]	‘b2’	‘c2’

另外，where块还可以进行变量赋值（Variable Assignments），我们可以把数据表格、数据管道和变量赋值同时放在where块中。

2.3 基于交互测试 Interaction Based Testing

基于交互测试是在极限编程（XP）中出现的一种设计和测试技术，它更加关注对象的行为（behavior）而不是其状态。基于此，我们测试时考虑点可以是规范下的对象（object under specification）怎样通过方法调用的形式和其关联对象交互。

我们来看一个例子，假使我们有一个Publisher，它能向订阅自己的每个Subscriber发送消息：

class Publisher {
    List<Subscriber> subscribers = []
    int messageCount = 0
    void send(String message) {
        subscribers*.receive(message)
        messageCount++
    }
}

interface Subscriber {
    void receive(String message)
}

class PublisherSpec extends Specification {
    Publisher publisher = new Publisher()
}

我们非常想确定的一点是：Publisher发送消息后，它的Subscriber是否能收到消息，并且收到的消息和发送的消息一致。为了达到这个目的，我们需要一个特殊的Subscriber来监听Publisher和Subscriber之间的交互行为，这个特殊的Subscriber在 Spock 中被称为 mock object。

在 Spock 中创建 mock 对象很容易，可以调用MockingApi.Mock()方法：

def subscriber = Mock(Subscriber)
def subscriber2 = Mock(Subscriber)
// 另外一种写法
Subscriber subscriber = Mock()
Subscriber subscriber2 = Mock()

对于 mock 对象，有两个非常重要的概念，分别是 Mocking 和 Stubbing。我们现在来看一看：

Mocking

Mocking is the act of describing (mandatory) interactions between the object under specification and its collaborators.

上方引用是 mocking 的官方定义，mocking 描述测试对象和其关联对象之间准确的交互行为。拿开始时的Publisher为例：

class PublisherSpec extends Specification {

    Publisher publisher = new Publisher()

    def setup() {
    }

    def "subscribers should receive the message"() {
        given:
        Subscriber subscriber = Mock()
        Subscriber subscriber2 = Mock()
        publisher.subscribers << subscriber
        publisher.subscribers << subscriber2

        when:
        publisher.send("Hello")

        then:
        1 * subscriber.receive("Hello")  // <-- 看这里
        1 * subscriber2.receive("Hello")
    }
}

这个唯一的 feature method 表达的意思是：当发布者发送 “Hello” 消息时，两个订阅者都应该只收到一次该消息。我尝试通俗地解释一下 mocking：当测试对象（object of specification）运行某个方法（stimulus）时，对应地，方法内涉及的对象（collaborator）应该出现什么样的行为，mocking 使我们能够准确的验证这些行为。

我们仔细看一下then块中的一个交互：

1 * subscriber.receive("Hello")
|   |          |       |
|   |          |       argument constraint
|   |          method constraint
|   target constraint
基数 cardinality

利用这四个约束，我们能做到准确约束某个行为。更加详细的说明，请参考官方文档：Constraint。

Stubbing

Stubbing is the act of making collaborators respond to method calls in a certain way.

有时，对于某个 mock 对象，我们希望模拟它的行为，也就是说：当 mock 对象的一个方法调用时，它会返回一个模拟的结果，而不是方法真正执行后的返回结果。这也就是 stubbing 的含义，就像上方引用中官方对 stubbing 的定义。

我们来看一个例子：

// Planet.java
public class Planet {
	private String name;
}

// xxSpec.groovy
...
given:
def earth = Mock(Planet)
earth.getName() >> "Earth"  // <-- 看这里

earth是我们的 mock 对象，我们没有设置其name属性的值，但是我们可以通过 stubbing 的方式伪造name，就是earth.getName() >> "Earth"。

另外，stubbing 可以在when块之前的任何块内。

3. 小结

在这篇文章中，我们首先说明了单元测试的必要性，然后我们介绍 Spock 框架，我们能够根据测试的范围来确定规范下的系统（System Under Specification），Specification 会包含几个部分，其中 fixture methods 可以设置和清理整个 specification 的环境，所以每个 feature method 是在其之中运行的。对于 feature methods，phases 和 blocks 是很重要的概念，一个 feature method 被划分为职责清晰的 block。

使用 Spock，我们能更轻松地伪造测试数据，也就是说，数据驱动测试更容易。Spock 会更关注测试对象的行为（behavior），mocking 验证行为交互是否合理，而 stubbing 可以伪造关联对象方法的返回结果。

最后，祝你好运。