作者：京东物流 秦彪

1. 什么是单元测试

（1）单元测试环节：

测试过程按照阶段划分分为：单元测试、集成测试、系统测试、验收测试等。相关含义如下：

1)       单元测试： 针对计算机程序模块进行输出正确性检验工作。

2)       集成测试： 在单元测试基础上，整合各个模块组成子系统，进行集成测试。

3)       系统测试： 将整个交付所涉及的协作内容都纳入其中考虑，包含计算机硬件、软件、接口、操作等等一系列作为一个整体，检验是否满足软件或需求说明。

4)       验收测试： 在交付或者发布之前对所做的工作进行测试检验。

单元测试是阶段性测试的首要环节，也是白盒测试的一种，该内容的编写与实践可以前置在研发完成，研发在编写业务代码的时候就需要生成对应代码的单元测试。单元测试的发起人是程序设计者，受益人也是编写程序的人，所以对于程序员，非常有必要形成自我约束力，完成基本的单元测试用例编写。

（2）单元测试特征：

由上可知，单元测试其实是针对软件中最小的测试单元来进行验证的。这里的单元就是指相关的功能子集，比如一个方法、一个类等。值得注意的是作为最低级别的测试活动，单元测试验证的对象仅限于当前测试内容，与程序其它部分内容相隔离，总结起来单元测试有以下特征：

1)       主要功能是证明编写的代码内容与期望输出一致。

2)       最小最低级的测试内容，由程序员自身发起，保证程序基本组件正常。

3)       单元测试尽量不要区分类与方法，主张以过程性的方法为测试单位，简单实用高效为目标。

4)       不要偏离主题，专注于测试一小块的代码，保证基础功能。

5)       剥离与外部接口、存储之间的依赖，使单元测试可控。

6)       任何时间任何顺序执行单元测试都需要是成功的。

2. 为什么要单元测试

（1）单元测试意义：

程序代码都是由基本单元不断组合成复杂的系统，底层基本单元都无法保证输入输出正确性，层级递增时，问题就会不断放大，直到整个系统崩溃无法使用。所以单元测试的意义就在于保证基本功能是正常可用且稳定的。而对于接口、数据源等原因造成的不稳定因素，是外在原因，不在单元测试考虑范围之内。

（2）使用main方法进行测试：

@PostMapping(value="/save")
public Map<String,Object> save(@RequestBody Student stu) {
    studentService.save(stu);
    Map<String,Object> params = new HashMap<>();
    params.put("code",200);
    params.put("message","保存成功");
    return params;
}

假如要对上面的Controller进行测试，可以编写如下的代码示例，使用main方法进行测试的时候，先启动整个工程应用，然后编写main方法如下进行访问，在单步调试代码。

public static void main(String[] args) {
        HttpHeaders headers = new HttpHeaders();
        headers.setContentType(MediaType.APPLICATION_JSON);
        String json = "{\"name\":\"张三\",\"className\":\"三年级一班\",\"age\":\"20\",\"sex\":\"男\"}";
        HttpEntity<String> httpEntity = new HttpEntity<>(json, headers);
        String url = "http://localhost:9092/student/save";
        MainMethodTest test = new MainMethodTest();
        ResponseEntity<Map> responseEntity = test.getRestTemplate().postForEntity(url, httpEntity, Map.class);
        System.out.println(responseEntity.getBody());
    }

（3）使用main方法进行测试的缺点：

1)       通过编写大量的main方法针对每个内容做打印输出到控制台枯燥繁琐，不具备优雅性。

2)       测试方法不能一起运行，结果需要程序员自己判断正确性。

3)       统一且重复性工作应该交给工具去完成。

3. 单元测试框架-JUnit

3.1 JUnit简介

JUnit官网：https://junit.org/。JUnit是一个用于编写可重复测试的简单框架。它是用于单元测试框架的xUnit体系结构的一个实例。

JUnit的特点：

（1） 针对于Java语言特定设计的单元测试框架，使用非常广泛。

（2） 特定领域的标准测试框架。

（3） 能够在多种IDE开发平台使用，包含Idea、Eclipse中进行集成。

（4） 能够方便由Maven引入使用。

（5） 可以方便的编写单元测试代码，查看测试结果等。

JUnit的重要概念：

JUnit的一些注意事项及规范：

（1） 测试方法必须使用@Test 修饰

（2） 测试方法必须使用public void 进行修饰，不能带参数

（3） 测试代码的包应该和被测试代码包结构保持一致

（4） 测试单元中的每个方法必须可以独立测试，方法间不能有任何依赖

（5） 测试类一般使用 Test作为类名的后缀

（6） 测试方法使一般用test 作为方法名的前缀

JUnit失败结果说明：

（1） Failure：测试结果和预期结果不一致导致，表示测试不通过

（2） error：由异常代码引起，它可以产生于测试代码本身的错误，也可以是被测代码的Bug

3.2 JUnit内容

（1） 断言的API

（2） JUnit常用注解：

1） @Test: 定义一个测试方法 @Test(excepted=xx.class): xx.class 表示异常类，表示测试的方法抛出此异常时，认为是正常的测试通过的 @Test(timeout = 毫秒数) :测试方法执行时间是否符合预期。

2） @BeforeClass： 在所有的方法执行前被执行，static 方法全局只会执行一次，而且第一个运行。

3） @AfterClass：在所有的方法执行之后进行执行，static 方法全局只会执行一次，最后一个运行。

4） @Before：在每一个测试方法被运行前执行一次。

5） @After：在每一个测试方法运行后被执行一次。

6） @Ignore：所修饰的测试方法会被测试运行器忽略。

7） @RunWith：可以更改测试执行器使用junit测试执行器。

3.3 JUnit使用

3.3.1 Controller层单元测试

（1） Springboot中使用maven引入Junit非常简单, 使用如下依赖即可引入：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
    <scope>test</scope>
</dependency>

（2） 上面使用main方法案例可以使用如下的Junit代码完成：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes = MainApplication.class)
public class StudentControllerTest {
	
	// 注入Spring容器
    @Autowired
    private WebApplicationContext applicationContext;
    // 模拟Http请求
    private MockMvc mockMvc;

    @Before
    public void setupMockMvc(){
    	// 初始化MockMvc对象
        mockMvc = MockMvcBuilders.webAppContextSetup(applicationContext).build();
    }
    
    /**
     * 新增学生测试用例
     * @throws Exception
     */
    @Test
    public void addStudent() throws Exception{
        String json="{\"name\":\"张三\",\"className\":\"三年级一班\",\"age\":\"20\",\"sex\":\"男\"}";
        mockMvc.perform(MockMvcRequestBuilders.post("/student/save")    //构造一个post请求
                    // 发送端和接收端数据格式
                    .contentType(MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8)
                    .accept(MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8)
                    .content(json.getBytes())
            )
           // 断言校验返回的code编码
           .andExpect(MockMvcResultMatchers.status().isOk())
           // 添加处理器打印返回结果
           .andDo(MockMvcResultHandlers.print());
    }
}

只需要在类或者指定方法上右键执行即可，可以直接充当postman工作访问指定url，且不需要写请求代码，这些都由工具自动完成。

（3）案例中相关组件介绍

本案例中构造mockMVC对象时，也可以使用如下方式：

@Autowired
private StudentController studentController;
@Before
public void setupMockMvc(){
   // 初始化MockMvc对象
   mockMvc = MockMvcBuilders.standaloneSetup(studentController).build();
}

其中MockMVC是Spring测试框架提供的用于REST请求的工具，是对Http请求的模拟，无需启动整个模块就可以对Controller层进行调用，速度快且不依赖网络环境。

使用MockMVC的基本步骤如下：

1) mockMvc.perform执行请求

2) MockMvcRequestBuilders.post或get构造请求

3) MockHttpServletRequestBuilder.param或content添加请求参数

4) MockMvcRequestBuilders.contentType添加请求类型

5) MockMvcRequestBuilders.accept添加响应类型

6) ResultActions.andExpect添加结果断言

7) ResultActions.andDo添加返回结果后置处理

8) ResultActions.andReturn执行完成后返回相应结果

3.3.2 Service层单元测试

可以编写如下代码对Service层查询方法进行单测：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class StudentServiceTest {

	@Autowired
    private StudentService studentService;

    @Test
    public void getOne() throws Exception {
    	 Student stu = studentService.selectByKey(5);
         Assert.assertThat(stu.getName(),CoreMatchers.is("张三"));
    }
}

执行结果：

3.3.3 Dao层单元测试

可以编写如下代码对Dao层保存方法进行单测：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class StudentDaoTest {

	@Autowired
    private StudentMapper studentMapper;

    @Test
    @Rollback(value = true)
    @Transactional
    public void insertOne() throws Exception {
    	 Student student = new Student();
    	 student.setName("李四");
    	 student.setMajor("计算机学院");
    	 student.setAge(25);
    	 student.setSex('男');
    	 int count = studentMapper.insert(student);
    	 Assert.assertEquals(1, count);
    }
}

其中@Rollback(value = true) 可以执行单元测试之后回滚所新增的数据，保持数据库不产生脏数据。

3.3.4 异常测试

（1） 在service层定义一个异常情况：

public void computeScore() {
   int a = 10, b = 0;
}

（2） 在service的测试类中定义单元测试方法：

@Test(expected = ArithmeticException.class)
    public void computeScoreTest() {
        studentService.computeScore();
    }

（3） 执行单元测试也会通过，原因是@Test注解中的定义了异常

3.3.5 测试套件测多个类

（1） 新建一个空的单元测试类

（2） 利用注解@RunWith(Suite.class)和@SuiteClasses标明要一起单元测试的类

@RunWith(Suite.class)
@Suite.SuiteClasses({ StudentServiceTest.class, StudentDaoTest.class})
public class AllTest {
}

运行结果：

3.3.6 idea中查看单元测试覆盖率

（1） 单测覆盖率

测试覆盖率是衡量测试过程工作本身的有效性，提升测试效率和减少程序bug，提升产品可靠性与稳定性的指标。

统计单元测试覆盖率的意义：

1） 可以洞察整个代码中的基础组件功能的所有盲点，发现相关问题。

2） 提高代码质量，通常覆盖率低表示代码质量也不会太高，因为单测不通过本来就映射出考虑到各种情况不够充分。

3） 从覆盖率的达标上可以提高代码的设计能力。

（2） 在idea中查看单元测试覆盖率很简单，只需按照图中示例的图标运行，或者在单元测试方法或类上右键Run 'xxx' with Coverage即可。执行结果是一个表格，列出了类、方法、行数、分支覆盖情况。

（3） 在代码中会标识出覆盖情况，绿色的是已覆盖的，红色的是未覆盖的。

（4） 如果想要导出单元测试的覆盖率结果，可以使用如下图所示的方式，勾选 Open generated HTML in browser

导出结果：

3.3.7 JUnit插件自动生成单测代码

（1） 安装插件，重启idea生效

（2） 配置插件

（3） 使用插件

在需要生成单测代码的类上右键generate...，如下图所示。

生成结果：

4. 单元测试工具-Mockito

4.1 Mockito简介

在单元测试过程中主张不要依赖特定的接口与数据来源，此时就涉及到对相关数据的模拟，比如Http和JDBC的返回结果等，可以使用虚拟对象即Mock对象进行模拟，使得单元测试不在耦合。

Mock过程的使用前提:

（1） 实际对象时很难被构造出来的

（2） 实际对象的特定行为很难被触发

（3） 实际对象可能当前还不存在，比如依赖的接口还没有开发完成等等。

Mockito官网：https://site.mockito.org 。Mockito和JUnit一样是专门针对Java语言的mock数据框架，它与同类的EasyMock和jMock功能非常相似，但是该工具更加简单易用。

Mockito的特点：

（1） 可以模拟类不仅仅是接口

（2） 通过注解方式简单易懂

（3） 支持顺序验证

（4） 具备参数匹配器

4.2 Mockito使用

maven引入spring-boot-starter-test会自动将mockito引入到工程中。

4.2.1 使用案例

（1） 在之前的代码中在定义一个BookService接口, 含义是借书接口，暂且不做实现

public interface BookService {
    Book orderBook(String name);
}

（2） 在之前的StudentService类中新增一个orderBook方法，含义是学生预定书籍方法，其中实现内容调用上述的BookService的orderBook方法。

public Book orderBook(String name) {
   return bookService.orderBook(name);
}

（3） 编写单元测试方法，测试StudentService的orderBook方法

@Test
public void orderBookTest() {
    Book expectBook = new Book(1L, "钢铁是怎样炼成的", "书架A01");
    Mockito.when(bookService.orderBook(any(String.class))).thenReturn(expectBook);
    Book book = studentService.orderBook("");
    System.out.println(book);
    Assert.assertTrue("预定书籍不符", expectBook.equals(book));
}

（4） 执行结果：

（5） 结果解析

上述内容并没有实现BookService接口的orderBook(String name)方法。但是使用mockito进行模拟数据之后，却通过了单元测试，原因就在于Mockito替换了本来要在StudentService的orderBook方法中获取的对象，此处就模拟了该对象很难获取或当前无法获取到，用模拟数据进行替代。

4.2.2 相关语法

常用API:

上述案例中用到了mockito的when、any、theWhen等语法。接下来介绍下都有哪些常用的API：

1)       mock：模拟一个需要的对象

2)       when：一般配合thenXXX一起使用，表示当执行什么操作之后怎样。

3)       any:  返回一个特定对象的缺省值，上例中标识可以填写任何String类型的数据。

4)       theReturn: 在执行特定操作后返回指定结果。

5)       spy：创造一个监控对象。

6)       verify：验证特定的行为。

7)       doReturn：返回结果。

8)       doThrow：抛出特定异常。

9)       doAnswer：做一个自定义响应。

10)     times：操作执行次数。

11)     atLeastOnce：操作至少要执行一次。

12)     atLeast：操作至少执行指定的次数。

13)     atMost：操作至多执行指定的次数。

14)     atMostOnce：操作至多执行一次。

15)     doNothing：不做任何的处理。

16)     doReturn：返回一个结果。

17)     doThrow：抛出一个指定异常。

18)     doAnswer：指定一个特定操作。

19)     doCallRealMethod：用于监控对象返回一个真实结果。

4.2.3 使用要点

（1） 打桩

Mockito中有Stub，所谓存根或者叫打桩的概念，上面案例中的Mockito.when(bookService.orderBook(any(String.class))).thenReturn(expectBook);就是打桩的含义，先定义好如果按照既定的方式调用了什么，结果就输出什么。然后在使用Book book = studentService.orderBook(""); 即按照指定存根输出指定结果。

@Test
    public void verifyTest() {
        List mockedList = mock(List.class);

        mockedList.add("one");

        verify(mockedList).add("one");			// 验证通过，因为前面定义了这个桩
        verify(mockedList).add("two");			// 验证失败，因为前面没有定义了这个桩
    }

（2） 参数匹配

上例StudentService的orderBook方法中的any(String.class) 即为参数匹配器，可以匹配任何此处定义的String类型的数据。

（3） 次数验证

@Test
    public void timesTest() {
        List mockedList = mock(List.class);
        when(mockedList.get(anyInt())).thenReturn(1000);
        System.out.println(mockedList.get(1));
        System.out.println(mockedList.get(1));
        System.out.println(mockedList.get(1));
        System.out.println(mockedList.get(2));

        // 验证通过：get(1)被调用3次
        verify(mockedList, times(3)).get(1);
        // 验证通过：get(1)至少被调用1次
        verify(mockedList, atLeastOnce()).get(1);
        // 验证通过：get(1)至少被调用3次
        verify(mockedList, atLeast(3)).get(1);
    }

（4） 顺序验证

@Test
    public void orderBookTest1() {
	    String json = "{\"id\":12,\"location\":\"书架A12\",\"name\":\"三国演义\"}";
	    String json1 = "{\"id\":21,\"location\":\"书架A21\",\"name\":\"水浒传\"}";
        String json2 = "{\"id\":22,\"location\":\"书架A22\",\"name\":\"红楼梦\"}";
        String json3 = "{\"id\":23,\"location\":\"书架A23\",\"name\":\"西游记\"}";
        when(bookService.orderBook("")).thenReturn(JSON.parseObject(json, Book.class));
        Book book = bookService.orderBook("");
        Assert.assertTrue("预定书籍有误", "三国演义".equals(book.getName()));

        when(bookService.orderBook("")).thenReturn(JSON.parseObject(json1, Book.class)).
                thenReturn(JSON.parseObject(json2, Book.class)).
                thenReturn(JSON.parseObject(json3, Book.class));
        Book book1 = bookService.orderBook("");
        Book book2 = bookService.orderBook("");
        Book book3 = bookService.orderBook("");
        Book book4 = bookService.orderBook("");
        Book book5 = bookService.orderBook("");
        // 全部验证通过，按顺序最后打桩打了3次，大于3次按照最后对象输出
        Assert.assertTrue("预定书籍有误", "水浒传".equals(book1.getName()));
        Assert.assertTrue("预定书籍有误", "红楼梦".equals(book2.getName()));
        Assert.assertTrue("预定书籍有误", "西游记".equals(book3.getName()));
        Assert.assertTrue("预定书籍有误", "西游记".equals(book4.getName()));
        Assert.assertTrue("预定书籍有误", "西游记".equals(book5.getName()));
}

（5） 异常验证

@Test(expected = RuntimeException.class)
    public void exceptionTest() {
        List mockedList = mock(List.class);
        doThrow(new RuntimeException()).when(mockedList).add(1);
        // 验证通过
        mockedList.add(1);
    }