Java单元测试技巧之PowerMock

编写Java单元测试用例,其实就是把“复杂的问题要简单化”——即把一段复杂的代码拆解成一系列简单的单元测试用例;写好Java单元测试用例,其实就是把“简单的问题要深入化”——即学习一套方法、总结一套模式并应用到实践中。这里,作者根据日常的工作经验,总结了一些Java单元测试技巧,以供大家交流和学习。

一 准备环境

PowerMock是一个扩展了其它如EasyMock等mock框架的、功能更加强大的框架。PowerMock使用一个自定义类加载器和字节码操作来模拟静态方法、构造方法、final类和方法、私有方法、去除静态初始化器等等。

1 引入PowerMock包

为了引入PowerMock包,需要在pom.xml文件中加入下列maven依赖:

<dependency>

2 集成SpringMVC项目

在SpringMVC项目中,需要在pom.xml文件中加入JUnit的maven依赖:

<dependency>

3 集成SpringBoot项目

在SpringBoot项目中,需要在pom.xml文件中加入JUnit的maven依赖:

<dependency>

4 一个简单的测试用例

这里,用List举例,模拟一个不存在的列表,但是返回的列表大小为100。

public class ListTest {

二 mock语句

1 mock方法

声明:

T PowerMockito.mock(Class clazz);

用途:可以用于模拟指定类的对象实例。

当模拟非final类(接口、普通类、虚基类)的非final方法时,不必使用@RunWith和@PrepareForTest注解。当模拟final类或final方法时,必须使用@RunWith和@PrepareForTest注解。注解形如:

@RunWith(PowerMockRunner.class)

@PrepareForTest({TargetClass.class})

模拟非final类普通方法

@Getter

模拟final类或final方法

@Getter

2 mockStatic方法

声明:

PowerMockito.mockStatic(Class clazz);

用途:可以用于模拟类的静态方法,必须使用“@RunWith”和“@PrepareForTest”注解。

@RunWith(PowerMockRunner.class)

三 spy语句

如果一个对象,我们只希望模拟它的部分方法,而希望其它方法跟原来一样,可以使用PowerMockito.spy方法代替PowerMockito.mock方法。于是,通过when语句设置过的方法,调用的是模拟方法;而没有通过when语句设置的方法,调用的是原有方法。

1 spy类

声明:

PowerMockito.spy(Class clazz);

用途:用于模拟类的部分方法。

案例:

public class StringUtils {

2 spy对象

声明:

T PowerMockito.spy(T object);

用途:用于模拟对象的部分方法。

案例:

public class StringUtils {

四 when语句

1 when().thenReturn()模式

声明:

PowerMockito.when(mockObject.someMethod(someArgs)).thenReturn(expectedValue);

PowerMockito.when(mockObject.someMethod(someArgs)).thenThrow(expectedThrowable);

PowerMockito.when(mockObject.someMethod(someArgs)).thenAnswer(expectedAnswer);

PowerMockito.when(mockObject.someMethod(someArgs)).thenCallRealMethod();

用途:用于模拟对象方法,先执行原始方法,再返回期望的值、异常、应答,或调用真实的方法。

返回期望值

public class ListTest {

返回期望异常

public class ListTest {

返回期望应答

public class ListTest {

调用真实方法

public class ListTest {

2 doReturn().when()模式

声明:

PowerMockito.doReturn(expectedValue).when(mockObject).someMethod(someArgs);

PowerMockito.doThrow(expectedThrowable).when(mockObject).someMethod(someArgs);

PowerMockito.doAnswer(expectedAnswer).when(mockObject).someMethod(someArgs);

PowerMockito.doNothing().when(mockObject).someMethod(someArgs);

PowerMockito.doCallRealMethod().when(mockObject).someMethod(someArgs);

用途:用于模拟对象方法,直接返回期望的值、异常、应答,或调用真实的方法,无需执行原始方法。

注意,千万不要使用以下语法:

PowerMockito.doReturn(expectedValue).when(mockObject.someMethod(someArgs));

PowerMockito.doThrow(expectedThrowable).when(mockObject.someMethod(someArgs));

PowerMockito.doAnswer(expectedAnswer).when(mockObject.someMethod(someArgs));

PowerMockito.doNothing().when(mockObject.someMethod(someArgs));

PowerMockito.doCallRealMethod().when(mockObject.someMethod(someArgs));

虽然不会出现编译错误,但是在执行时会抛出UnfinishedStubbingException异常。

返回期望值

public class ListTest {

返回期望异常

public class ListTest {

返回期望应答

public class ListTest {

模拟无返回值

public class ListTest {

调用真实方法

public class ListTest {

3 两种模式的主要区别

两种模式都用于模拟对象方法,在mock实例下使用时,基本上是没有差别的。但是,在spy实例下使用时,when().thenReturn()模式会执行原方法,而doReturn().when()模式不会执行原方法。

测试服务类

@Slf4j

使用when().thenReturn()模式

@RunWith(PowerMockRunner.class)

在测试过程中,将会打印出”调用获取用户数量方法”日志。

使用doReturn().when()模式

@RunWith(PowerMockRunner.class)

在测试过程中,不会打印出”调用获取用户数量方法”日志。

4 whenNew模拟构造方法

声明:

PowerMockito.whenNew(MockClass.class).withNoArguments().thenReturn(expectedObject);

PowerMockito.whenNew(MockClass.class).withArguments(someArgs).thenReturn(expectedObject);

用途:用于模拟构造方法。

案例:

public final class FileUtils {

注意:需要加上注解@PrepareForTest({FileUtils.class}),否则模拟方法不生效。

五 参数匹配器

在执行单元测试时,有时候并不关心传入的参数的值,可以使用参数匹配器。

1 参数匹配器(any)

Mockito提供Mockito.anyInt()、Mockito.anyString、Mockito.any(Class clazz)等来表示任意值。

public class ListTest {

2 参数匹配器(eq)

当我们使用参数匹配器时,所有参数都应使用匹配器。如果要为某一参数指定特定值时,就需要使用Mockito.eq()方法。

@RunWith(PowerMockRunner.class)

3 附加匹配器

Mockito的AdditionalMatchers类提供了一些很少使用的参数匹配器,我们可以进行参数大于(gt)、小于(lt)、大于等于(geq)、小于等于(leq)等比较操作,也可以进行参数与(and)、或(or)、非(not)等逻辑计算等。

public class ListTest {

六 verify语句

验证是确认在模拟过程中,被测试方法是否已按预期方式与其任何依赖方法进行了交互。

格式:

Mockito.verify(mockObject[,times(int)]).someMethod(somgArgs);

用途:用于模拟对象方法,直接返回期望的值、异常、应答,或调用真实的方法,无需执行原始方法。

案例:

1 验证调用方法

public class ListTest {

2 验证调用次数

public class ListTest {

除times外,Mockito还支持atLeastOnce、atLeast、only、atMostOnce、atMost等次数验证器。

3 验证调用顺序

public class ListTest {

4 验证调用参数

public class ListTest {

5 确保验证完毕

Mockito提供Mockito.verifyNoMoreInteractions方法,在所有验证方法之后可以使用此方法,以确保所有调用都得到验证。如果模拟对象上存在任何未验证的调用,将会抛出NoInteractionsWanted异常。

public class ListTest {

备注:Mockito.verifyZeroInteractions方法与Mockito.verifyNoMoreInteractions方法相同,但是目前已经被废弃。

6 验证静态方法

Mockito没有静态方法的验证方法,但是PowerMock提供这方面的支持。

@RunWith(PowerMockRunner.class)

七 私有属性

1 ReflectionTestUtils.setField方法

在用原生JUnit进行单元测试时,我们一般采用ReflectionTestUtils.setField方法设置私有属性值。

@Service

注意:在测试类中,UserService实例是通过@Autowired注解加载的,如果该实例已经被动态代理,ReflectionTestUtils.setField方法设置的是代理实例,从而导致设置不生效。

2 Whitebox.setInternalState方法

现在使用PowerMock进行单元测试时,可以采用Whitebox.setInternalState方法设置私有属性值。

@Service

注意:需要加上注解@RunWith(PowerMockRunner.class)。

八 私有方法

1 模拟私有方法

通过when实现

public class UserService {

通过stub实现

通过模拟方法stub(存根),也可以实现模拟私有方法。但是,只能模拟整个方法的返回值,而不能模拟指定参数的返回值。

@RunWith(PowerMockRunner.class)

3 测试私有方法

@RunWith(PowerMockRunner.class)

4 验证私有方法

@RunWith(PowerMockRunner.class)

这里,也可以用Method那套方法进行模拟和验证方法。

九 主要注解

PowerMock为了更好地支持SpringMVC/SpringBoot项目,提供了一系列的注解,大大地简化了测试代码。

1 @RunWith注解

@RunWith(PowerMockRunner.class)

指定JUnit 使用 PowerMock 框架中的单元测试运行器。

2 @PrepareForTest注解

@PrepareForTest({ TargetClass.class })

当需要模拟final类、final方法或静态方法时,需要添加@PrepareForTest注解,并指定方法所在的类。如果需要指定多个类,在{}中添加多个类并用逗号隔开即可。

3 @Mock注解

@Mock注解创建了一个全部Mock的实例,所有属性和方法全被置空(0或者null)。

4 @Spy注解

@Spy注解创建了一个没有Mock的实例,所有成员方法都会按照原方法的逻辑执行,直到被Mock返回某个具体的值为止。

注意:@Spy注解的变量需要被初始化,否则执行时会抛出异常。

5 @InjectMocks注解

@InjectMocks注解创建一个实例,这个实例可以调用真实代码的方法,其余用@Mock或@Spy注解创建的实例将被注入到用该实例中。

@Service

6 @Captor注解

@Captor注解在字段级别创建参数捕获器。但是,在测试方法启动前,必须调用MockitoAnnotations.openMocks(this)进行初始化。

@Service

7 @PowerMockIgnore注解

为了解决使用PowerMock后,提示ClassLoader错误。

十 相关观点

1 《Java开发手册》规范

【强制】好的单元测试必须遵守AIR原则。说明:单元测试在线上运行时,感觉像空气(AIR)一样感觉不到,但在测试质量的保障上,却是非常关键的。好的单元测试宏观上来说,具有自动化、独立性、可重复执行的特点。

  • A:Automatic(自动化)

  • I:Independent(独立性)

  • R:Repeatable(可重复)

【强制】单元测试应该是全自动执行的,并且非交互式的。测试用例通常是被定期执行的,执行过程必须完全自动化才有意义。输出结果需要人工检查的测试不是一个好的单元测试。单元测试中不准使用System.out来进行人肉验证,必须使用assert来验证。

【强制】单元测试是可以重复执行的,不能受到外界环境的影响。

说明:单元测试通常会被放到持续集成中,每次有代码check in时单元测试都会被执行。如果单测对外部环境(网络、服务、中间件等)有依赖,容易导致持续集成机制的不可用。

正例:为了不受外界环境影响,要求设计代码时就把SUT的依赖改成注入,在测试时用spring 这样的DI框架注入一个本地(内存)实现或者Mock实现。

【推荐】编写单元测试代码遵守BCDE原则,以保证被测试模块的交付质量。

  • B:Border,边界值测试,包括循环边界、特殊取值、特殊时间点、数据顺序等。

  • C:Correct,正确的输入,并得到预期的结果。

  • D:Design,与设计文档相结合,来编写单元测试。

  • E:Error,强制错误信息输入(如:非法数据、异常流程、业务允许外等),并得到预期的结果。

2 为什么要使用Mock?

根据网络相关资料,总结观点如下:

Mock可以用来解除外部服务依赖,从而保证了测试用例的独立性

现在的互联网软件系统,通常采用了分布式部署的微服务,为了单元测试某一服务而准备其它服务,存在极大的依耐性和不可行性。

Mock可以减少全链路测试数据准备,从而提高了编写测试用例的速度

传统的集成测试,需要准备全链路的测试数据,可能某些环节并不是你所熟悉的。最后,耗费了大量的时间和经历,并不一定得到你想要的结果。现在的单元测试,只需要模拟上游的输入数据,并验证给下游的输出数据,编写测试用例并进行测试的速度可以提高很多倍。

Mock可以模拟一些非正常的流程,从而保证了测试用例的代码覆盖率

根据单元测试的BCDE原则,需要进行边界值测试(Border)和强制错误信息输入(Error),这样有助于覆盖整个代码逻辑。在实际系统中,很难去构造这些边界值,也能难去触发这些错误信息。而Mock从根本上解决了这个问题:想要什么样的边界值,只需要进行Mock;想要什么样的错误信息,也只需要进行Mock。

Mock可以不用加载项目环境配置,从而保证了测试用例的执行速度

在进行集成测试时,我们需要加载项目的所有环境配置,启动项目依赖的所有服务接口。往往执行一个测试用例,需要几分钟乃至几十分钟。采用Mock实现的测试用例,不用加载项目环境配置,也不依赖其它服务接口,执行速度往往在几秒之内,大大地提高了单元测试的执行速度。

3 单元测试与集成测试的区别

在实际工作中,不少同学用集成测试代替了单元测试,或者认为集成测试就是单元测试。这里,总结为了单元测试与集成测试的区别:

测试对象不同

单元测试对象是实现了具体功能的程序单元,集成测试对象是概要设计规划中的模块及模块间的组合。

测试方法不同

单元测试中的主要方法是基于代码的白盒测试,集成测试中主要使用基于功能的黑盒测试。

测试时间不同

集成测试要晚于单元测试。

测试内容不同

单元测试主要是模块内程序的逻辑、功能、参数传递、变量引用、出错处理及需求和设计中具体要求方面的测试;而集成测试主要验证各个接口、接口之间的数据传递关系,及模块组合后能否达到预期效果。
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