Unit-тестирование

Unit-тестирование, или модульное — это разновидность тестирования в программной разработке, которое заключается в проверке работоспособности отдельных функциональных модулей, процессов или частей кода приложения. Unit-тестирование позволяет избежать ошибок или быстро исправить их при обновлении или дополнении ПО новыми компонентами, не тратя время на проверку программного обеспечения целиком.

Зачем проводится unit-тестирование

Основной смысл модульного тестирования заключается в том, чтобы избежать накапливания ошибок в будущем, а также исключить регрессию уже отлаженных модулей. Например, у вас есть в целом готовое приложение, к которому необходимо добавить несколько новых функций или процессов. Если сначала выполнить интеграцию компонентов, а потом протестировать полностью «собранное» ПО, то ошибки в дополнениях могут привести к нестабильной работе всего приложения. Чтобы этого не произошло, легче протестировать добавляемые функции изолированно, а после устранения всех багов интегрировать их в программу.

Таким образом, unit-тестирование решает следующие задачи:

• поиск и исправление ошибок на ранних стадиях разработки программного продукта и, следовательно, снижение затрат в дальнейшем;
• лучшее понимание разработчиками базового кода проекта, более простая и быстрая корректировка продукта;
• повторное использование кода, в том числе с переносом (вместе с тестами) в другие продукты;
• использование юнит-тестов как проектной документации, по которой разработчики, не знакомые с кодом, могут понять принцип его работы.

Преимущества unit-тестирования

Применять модульное тестирование при разработке программных продуктов рекомендуется по следующим причинам:

• Простота. Написать тест для отдельного модуля проще, чем для приложения в целом. Соответственно, если нужно проверить не всю программу, а лишь ее часть (например, вышедшее обновление или патч), то можно использовать модульное тестирование, предварительно изолировав проверяемый фрагмент кода. Хотя интеграционное тестирование нужно будет провести в любом случае.
• Информативность. Хорошо составленный тест помогает разработчикам понять API приложения, функционал модуля, особенности его использования. Особенно это полезно в том случае, если при работе над проектом произошла смена ответственных за разработку и проверку специалистов.
• Параллельная разработка. Модульное тестирование позволяет проверить работу одного компонента приложения независимо от других. Благодаря этому можно параллельно разрабатывать различные программные модули, тем самым сократив время на создание и отладку продукта.
• Возможность повторного использования. Создав однажды тест для проверки отдельного модуля, разработчик может вернуться к нему позднее, чтобы протестировать работу компонента еще раз. Регрессионное тестирование состоит в написании контрольных примеров для всех функций, которые помогают выявить ошибки, вызванные внесенными изменениями.

Недостатки unit-тестирования

Несмотря на свои достоинства, модульное тестирование не является панацеей от всех болезней кода:

• Модульное тестирование не гарантирует, что будут найдены все ошибки. Причина в том, что даже в относительно простых программах невозможно предугадать все сценарии их выполнения.
• Unit-тестирование применяется к изолированным фрагментам кода, поэтому может выявить только ошибки проверяемого модуля. Оно не способно показать баги, возникающие при интеграции модуля с другими компонентами приложения. Также unit-тестирование не способно выявить системные ошибки продукта в целом.

Модульное и интеграционное тестирование

Часто unit-тестирование путают с интеграционным, но это два разных по реализации и назначению уровня проверки программного обеспечения. Отличительные особенности модульного тестирования:

• узкая специализация — проверке подвергаются отдельные модули, а не все приложение в целом;
• простая реализация — тестирование модулей по отдельности (особенно при параллельной разработке) достаточно легкое в плане реализации, может проводиться без привлечения внешних ресурсов.

Напротив, интеграционное тестирование отличается следующими особенностями:

• общей направленностью — проверке подвергается не каждый модуль, а вся система, включая основное ядро и функциональные компоненты;
• сложностью — интеграционное тестирование проводится в среде, максимально близкой к реальной, поэтому требует привлечения внешних ресурсов (баз данных, веб-серверов).

В реальной практике эти два уровня тестирования не противопоставляются, а дополняют друг друга. Проверка каждого модуля снижает количество багов, которые обязательно проявятся при интеграции компонентов. А интеграционное тестирование позволит оценить взаимодействие программных модулей друг с другом и ядром приложения.

Виды и методы модульного тестирования

Виды

Ручное. Проводится максимально просто по заранее составленному документу с пошаговыми инструкциями. Однако такой подход возможен только с небольшими и несложными фрагментами кода и к тому же даже в этом случае он занимает много времени.

Автоматизированное. Unit-тестирование заключается в использовании специально разработанных тестовых сред, которые проверяют работу модуля и выявляют в ней ошибки. Такой подход имеет следующие особенности:

• Для каждой функциональной части приложения пишется отдельный модульный тест. Применять один и тот же тест для проверки разных компонентов нельзя.
• Проверяемый модуль должен быть изолирован от ядра приложения и других компонентов, чтобы исключить искажение результатов тестирования. Поэтому модульная проверка проводится не в естественной среде, а в специально разработанной тестовой.
• Использование автоматизированной тестовой среды позволяет смоделировать различные сценарии поведения кода. Если по ходу проверки были выявлены серьезные ошибки, такая система останавливает процесс до их устранения разработчиком, а потом снова запускает тест.

Методы

«Черного ящика». В этом случае тестирование происходит по входным и выходным сигналам модуля без анализа структуры его кода. Чаще всего такой метод применяется, когда проверку выполняет разработчик, который не участвовал в создании компонента.

«Белого ящика». Суть этого метода в том, что тестируются внутренняя структура модуля, его возможности, особенности поведения, реакция на входные сигналы и т.д. Иными словами, компонент изначально полностью прозрачен и понятен разработчику, который оценивает все внутренние и внешние аспекты его работы.

Для понимания unit-тестирования рассмотрим подробнее, как оно происходит по методу «белого ящика». В этом случае оно состоит из трех этапов:

• Анализ отдельного модуля. На этой стадии тестирования разработчик изучает внутреннюю структуру кода, функционал и поведение исследуемого компонента. Данный этап пройдет значительно быстрее, если программист сам создавал модуль или участвовал в его создании. Если нет — ему придется поднимать соответствующую документацию, консультироваться с создателем тестируемого фрагмента кода. Главная задача заключается в полном понимании того, как устроен и работает проверяемый программный компонент.
• Создание кейс-теста. Это сценарий или модель, которые должны показать, как проверяемый модуль ведет себя в реальной обстановке. Кейс-тесты создают искусственную среду, максимально близкую к реальной, но без привлечения внешних ресурсов, которые обычно задействуются в работе программного обеспечения (веб-серверов, баз данных и т.д.).
• Тестирование модуля. Проверяемый компонент, предварительно изолированный от ядра приложения и других модулей, запускается в кейс-тесте. При этом разработчик смотрит на то, как он реагирует на входные сигналы, как работает сам код, соответствует ли его структура выполняемым задачам, анализирует возможные ошибки и т.д.

Часто к одному и тому же компоненту ПО разработчик применяет различные методики тестирования. Указанные методы «черного и белого ящиков» не исчерпывают всех методик и инструментов проверки. Зачастую разработчик создает под каждый проект уникальные способы тестирования, учитывающие особенности программного продукта.

Разработка через тестирование

Стандартна ситуация, когда разработчик сначала написал код, а затем создает под него тест и выполняет проверку. Но в программировании часто используется и обратный процесс: сначала разрабатывается тест, а модуль создается на его основе. Такой подход называется «разработка через тестирование». Суть его в том, чтобы с помощью заранее написанного теста определить требования к будущему программному компоненту. Цикл разработки через тестирование насчитывает несколько этапов:

• Добавление теста. Оно происходит перед добавлением каждой новой функции в программу. Написанный тест не запускается по причине того, что проверяемый фрагмент кода еще не написан. Если тестирование сработало — значит, аналогичная или похожая функция в программе уже есть или тест написан некорректно. Сам тест тоже представляет собой программу, поэтому разработчик предварительно должен четко понять, какие результаты она должна показать в случае успешного тестирования.
• Написание кода. Ориентируясь на то, как должна себя повести тест-программа в «идеальном» случае, разработчик пишет код самого модуля. Причем он не обязан быть сразу совершенным — все неточности будут отшлифованы в последующих циклах разработки. Главное, что требуется от кода, — это прохождение теста. Как только разрабатываемый фрагмент написан, он прогоняется через тест-программу и анализируется.
• Рефакторинг. Убедившись, что написанный модуль успешно проходит тест, разработчик проверяет его на дублирование, неточности, мусорный код и т.д. Задача на этом этапе — максимально очистить фрагмент, сделать его более прозрачным, простым и понятным.

Разработка через тестирование не ограничивается одним циклом: они повторяются каждый раз при добавлении в приложение новых функций, процессов или других объектов. Если в очередной итерации ранее проходивший тестирование код вдруг выдал ошибку, разработчик всегда может откатить внесенные изменения, которые ее вызвали.

Этот метод разработки имеет свои преимущества:

• Код становится более простым и понятным, так как пишется под конкретные требования, заданные в тесте.
• Сокращается время разработки, в том числе за счет более частого использования отката модуля к работающей версии, чем отладки неработающей.
• Дизайн программы становится более удобным для пользователей, так как продумывается заранее, до написания кода, а не подгоняется под него.
• Снижается количество багов, так как разработчик изначально знает, что хочет получить от своего кода, а не использует метод проб и ошибок.
• Заранее написанный тест можно использовать в дальнейшем в качестве проектной документации к программному продукту.

Рекомендации к unit-тестам

Чтобы модульное тестирование было максимально эффективным, тесты должны:

• соответствовать конкретному модулю — нельзя применять один и тот же тест для тестирования разных по назначению и реализации программных компонентов;
• быть автоматизированными — тест лучше вписать в сам код, тогда он будет запускаться автоматически и сильно упростит жизнь разработчику;
• быть своевременными — если тест нельзя написать до разработки самого кода, его лучше создавать параллельно, что сэкономит много времени в дальнейшем;
• отвечать основным задачам — при написании теста не нужно стараться учесть все возможные сценарии, лучше сосредоточиться сначала на основных, а остальные дополнять по мере необходимости;
• иметь хорошее название — описывающее, что именно тестируется, в каких условиях и с каким желаемым результатом.

Когда не стоит проводить unit-тестирование

Модульное тестирование — не универсальный инструмент проверки программного продукта. В некоторых ситуациях оно лишь отнимет время и силы, не показав значимого результата, например:

• при тестировании сложных и разветвленных алгоритмов, таких как красно-черное дерево, придется разработать большое число тестов, что существенно усложнит и замедлит проверку;
• отсутствии четких результатов — например, в математическом моделировании природных процессов, настолько сложных, что их «выход» невозможно спрогнозировать, а можно только описать в виде интервалов вероятных значений;
• тестировании кода, взаимодействующего с системой, — например, модуля, связанного с портами, таймерами и другими «нестабильными» компонентами, от которых его сложно изолировать;
• проверке всего приложения — модульное тестирование не покажет ошибки интеграции, баги ядра и другие аспекты, не относящиеся непосредственно к конкретному модулю;
• недостаточной квалификации самого разработчика и низкой культуре программирования, так как модульное тестирование работает только при строгом соблюдении технологии, постоянном отслеживании всех вносимых в модуль изменениях.

Unit-тестирование окажется бесполезным и при проверке максимально простого кода. Точнее, оно сработает и покажет правильный результат, но сил на написание теста уйдет больше, чем на «ручной» анализ модуля.

Unit-тестирование — это эффективный и полезный инструмент, позволяющий избежать накопления ошибок при разработке программного обеспечения и сильно упрощающий проверку на более высоких уровнях (интеграционную, системную, приемочную).