استراتيجيات اختبار جافاسكريبت: تنفيذ الاختبار القائم على الخصائص

يعد الاختبار جزءًا لا يتجزأ من تطوير البرمجيات، حيث يضمن موثوقية وقوة تطبيقاتنا. بينما تركز اختبارات الوحدة على مدخلات ومخرجات متوقعة محددة، يقدم الاختبار القائم على الخصائص (PBT) نهجًا أكثر شمولًا من خلال التحقق من أن الكود الخاص بك يلتزم بخصائص محددة مسبقًا عبر مجموعة واسعة من المدخلات التي يتم إنشاؤها تلقائيًا. تتعمق هذه التدوينة في عالم الاختبار القائم على الخصائص في جافاسكريبت، وتستكشف فوائده وتقنيات تنفيذه ومكتباته الشائعة.

ما هو الاختبار القائم على الخصائص؟

الاختبار القائم على الخصائص، المعروف أيضًا باسم الاختبار التوليدي، يحول التركيز من اختبار أمثلة فردية إلى التحقق من الخصائص التي يجب أن تظل صحيحة لمجموعة من المدخلات. فبدلًا من كتابة اختبارات تؤكد على مخرجات محددة لمدخلات محددة، تقوم بتعريف خصائص تصف السلوك المتوقع للكود الخاص بك. ثم يقوم إطار عمل PBT بإنشاء عدد كبير من المدخلات العشوائية ويتحقق مما إذا كانت الخصائص صحيحة لجميعها. إذا تم انتهاك خاصية ما، يحاول إطار العمل تقليص المدخلات للعثور على أصغر مثال فاشل، مما يسهل عملية تصحيح الأخطاء.

تخيل أنك تختبر دالة ترتيب. بدلًا من الاختبار باستخدام عدد قليل من المصفوفات المختارة يدويًا، يمكنك تحديد خاصية مثل "طول المصفوفة المرتبة يساوي طول المصفوفة الأصلية" أو "جميع العناصر في المصفوفة المرتبة أكبر من أو تساوي العنصر السابق لها". سيقوم إطار عمل PBT بعد ذلك بإنشاء العديد من المصفوفات بأحجام ومحتويات متفاوتة، مما يضمن أن دالة الترتيب الخاصة بك تلبي هذه الخصائص عبر مجموعة واسعة من السيناريوهات.

فوائد الاختبار القائم على الخصائص

• زيادة تغطية الاختبار: يستكشف PBT نطاقًا أوسع بكثير من المدخلات مقارنة باختبارات الوحدة التقليدية، ويكشف عن الحالات الهامشية والسيناريوهات غير المتوقعة التي قد لا تفكر فيها يدويًا.
• تحسين جودة الكود: يجبرك تحديد الخصائص على التفكير بعمق أكبر في السلوك المقصود للكود الخاص بك، مما يؤدي إلى فهم أفضل لمجال المشكلة وتنفيذ أكثر قوة.
• تقليل تكاليف الصيانة: الاختبارات القائمة على الخصائص أكثر مرونة للتغييرات في الكود من الاختبارات القائمة على الأمثلة. إذا قمت بإعادة هيكلة الكود الخاص بك مع الحفاظ على نفس الخصائص، فستستمر اختبارات PBT في النجاح، مما يمنحك الثقة بأن تغييراتك لم تُدخل أي تراجعات.
• تسهيل تصحيح الأخطاء: عندما تفشل خاصية ما، يوفر إطار عمل PBT مثالًا فاشلاً مصغرًا، مما يسهل تحديد السبب الجذري للخطأ.
• توثيق أفضل: تعمل الخصائص كشكل من أشكال التوثيق القابل للتنفيذ، حيث تحدد بوضوح السلوك المتوقع للكود الخاص بك.

تنفيذ الاختبار القائم على الخصائص في جافاسكريبت

تسهل العديد من مكتبات جافاسكريبت الاختبار القائم على الخصائص. هناك خياران شائعان هما jsverify و fast-check. دعنا نستكشف كيفية استخدام كل منهما مع أمثلة عملية.

استخدام jsverify

jsverify هي مكتبة قوية وراسخة للاختبار القائم على الخصائص في جافاسكريبت. توفر مجموعة غنية من المولدات لإنشاء بيانات عشوائية، بالإضافة إلى واجهة برمجة تطبيقات ملائمة لتعريف الخصائص وتشغيلها.

التثبيت:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

مثال: اختبار دالة الجمع

لنفترض أن لدينا دالة جمع بسيطة:

            function add(a, b) {
  return a + b;
}
            

              
                Copy
              
            
          

يمكننا استخدام jsverify لتعريف خاصية تنص على أن الجمع عملية تبادلية (أ + ب = ب + أ):

            const jsc = require('jsverify');

jsc.property('addition is commutative', 'number', 'number', function(a, b) {
  return add(a, b) === add(b, a);
});

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال:

• jsc.property تُعرّف خاصية باسم وصفي.
• 'number', 'number' تحدد أنه يجب اختبار الخاصية بأرقام عشوائية كمدخلات لـ a و b. توفر jsverify مجموعة واسعة من المولدات المدمجة لأنواع البيانات المختلفة.
• الدالة function(a, b) { ... } تُعرّف الخاصية نفسها. تأخذ المدخلات المولدة a و b وتعيد true إذا كانت الخاصية صحيحة، و false خلاف ذلك.

عند تشغيل هذا الاختبار، ستقوم jsverify بإنشاء مئات من أزواج الأرقام العشوائية والتحقق مما إذا كانت الخاصية التبادلية صحيحة لجميعها. إذا وجدت مثالًا مضادًا، فستبلغ عن المدخل الفاشل وتحاول تقليصه إلى مثال مصغر.

مثال أكثر تعقيدًا: اختبار دالة عكس السلاسل النصية

إليك دالة لعكس السلاسل النصية:

            function reverseString(str) {
  return str.split('').reverse().join('');
}
            

              
                Copy
              
            
          

يمكننا تعريف خاصية تنص على أن عكس سلسلة نصية مرتين يجب أن يعيد السلسلة النصية الأصلية:

            jsc.property('reversing a string twice returns the original string', 'string', function(str) {
  return reverseString(reverseString(str)) === str;
});

            

              
                Copy
              
            
          

ستقوم jsverify بإنشاء سلاسل نصية عشوائية بأطوال ومحتويات متفاوتة والتحقق مما إذا كانت هذه الخاصية صحيحة لجميعها.

استخدام fast-check

fast-check هي مكتبة ممتازة أخرى للاختبار القائم على الخصائص لجافاسكريبت. تشتهر بأدائها وتركيزها على توفير واجهة برمجة تطبيقات سلسة لتعريف المولدات والخصائص.

التثبيت:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

مثال: اختبار دالة الجمع

باستخدام نفس دالة الجمع السابقة:

            function add(a, b) {
  return a + b;
}
            

              
                Copy
              
            
          

يمكننا تعريف الخاصية التبادلية باستخدام fast-check:

            const fc = require('fast-check');

fc.assert(
  fc.property(fc.integer(), fc.integer(), (a, b) => {
    return add(a, b) === add(b, a);
  })
);

            

              
                Copy
              
            
          

في هذا المثال:

• fc.assert تقوم بتشغيل الاختبار القائم على الخصائص.
• fc.property تُعرّف الخاصية.
• fc.integer() تحدد أنه يجب اختبار الخاصية بأعداد صحيحة عشوائية كمدخلات لـ a و b. توفر fast-check أيضًا مجموعة واسعة من المولدات العشوائية المدمجة (arbitraries).
• تعبير لامدا (a, b) => { ... } يُعرّف الخاصية نفسها.

مثال أكثر تعقيدًا: اختبار دالة عكس السلاسل النصية

باستخدام نفس دالة عكس السلاسل النصية السابقة:

            function reverseString(str) {
  return str.split('').reverse().join('');
}
            

              
                Copy
              
            
          

يمكننا تعريف خاصية العكس المزدوج باستخدام fast-check:

            fc.assert(
  fc.property(fc.string(), (str) => {
    return reverseString(reverseString(str)) === str;
  })
);

            

              
                Copy
              
            
          

الاختيار بين jsverify و fast-check

كلا من jsverify و fast-check خياران ممتازان للاختبار القائم على الخصائص في جافاسكريبت. إليك مقارنة موجزة لمساعدتك في اختيار المكتبة المناسبة لمشروعك:

• jsverify: لها تاريخ أطول ومجموعة أوسع من المولدات المدمجة. قد تكون خيارًا جيدًا إذا كنت بحاجة إلى مولدات محددة غير متوفرة في fast-check، أو إذا كنت تفضل أسلوبًا أكثر تصريحية.
• fast-check: معروفة بأدائها وواجهة برمجة التطبيقات السلسة الخاصة بها. قد تكون خيارًا أفضل إذا كان الأداء حاسمًا، أو إذا كنت تفضل أسلوبًا أكثر إيجازًا وتعبيرًا. كما تعتبر قدراتها على تقليص الأمثلة الفاشلة جيدة جدًا.

في النهاية، يعتمد الخيار الأفضل على احتياجاتك وتفضيلاتك الخاصة. من المفيد تجربة كلتا المكتبتين لمعرفة أيهما تجده أكثر راحة وفعالية.

استراتيجيات لكتابة اختبارات فعالة قائمة على الخصائص

تتطلب كتابة اختبارات فعالة قائمة على الخصائص عقلية مختلفة عن كتابة اختبارات الوحدة التقليدية. إليك بعض الاستراتيجيات لمساعدتك في تحقيق أقصى استفادة من PBT:

• ركز على الخصائص، وليس الأمثلة: فكر في الخصائص الأساسية التي يجب أن يفي بها الكود الخاص بك، بدلًا من التركيز على أزواج محددة من المدخلات والمخرجات.
• ابدأ بالبسيط: ابدأ بخصائص بسيطة يسهل فهمها والتحقق منها. كلما اكتسبت الثقة، يمكنك إضافة خصائص أكثر تعقيدًا.
• استخدم أسماء وصفية: أعطِ خصائصك أسماء وصفية تشرح بوضوح ما تختبره.
• ضع في اعتبارك الحالات الهامشية: على الرغم من أن PBT ينشئ تلقائيًا مجموعة واسعة من المدخلات، إلا أنه لا يزال من المهم مراعاة الحالات الهامشية المحتملة والتأكد من أن خصائصك تغطيها. يمكنك استخدام تقنيات مثل الخصائص الشرطية للتعامل مع الحالات الخاصة.
• قلص الأمثلة الفاشلة: عندما تفشل خاصية ما، انتبه إلى المثال الفاشل المصغر الذي يوفره إطار عمل PBT. غالبًا ما يوفر هذا المثال أدلة قيمة حول السبب الجذري للخطأ.
• اجمع بينها وبين اختبارات الوحدة: PBT ليس بديلاً لاختبارات الوحدة، بل هو مكمل لها. استخدم اختبارات الوحدة للتحقق من سيناريوهات محددة وحالات هامشية، واستخدم PBT للتأكد من أن الكود الخاص بك يفي بالخصائص العامة عبر مجموعة واسعة من المدخلات.
• دقة الخاصية: فكر في مدى دقة خصائصك. إذا كانت واسعة جدًا، فقد يكون من الصعب تشخيص الفشل. وإذا كانت ضيقة جدًا، فأنت تكتب اختبارات وحدة بشكل فعال. العثور على التوازن الصحيح هو المفتاح.

تقنيات متقدمة للاختبار القائم على الخصائص

بمجرد أن تكون مرتاحًا لأساسيات الاختبار القائم على الخصائص، يمكنك استكشاف بعض التقنيات المتقدمة لتعزيز استراتيجية الاختبار لديك:

• الخصائص الشرطية: استخدم الخصائص الشرطية لاختبار السلوك الذي ينطبق فقط في ظل ظروف معينة. على سبيل المثال، قد ترغب في اختبار خاصية تنطبق فقط عندما يكون الإدخال رقمًا موجبًا.
• المولدات المخصصة: أنشئ مولدات مخصصة لإنشاء بيانات خاصة بمجال تطبيقك. يتيح لك ذلك اختبار الكود الخاص بك بمدخلات أكثر واقعية وذات صلة.
• الاختبار القائم على الحالة: استخدم تقنيات الاختبار القائم على الحالة للتحقق من سلوك الأنظمة ذات الحالة، مثل آلات الحالة المحدودة أو التطبيقات التفاعلية. يتضمن ذلك تحديد الخصائص التي تصف كيف يجب أن تتغير حالة النظام استجابةً لإجراءات مختلفة.
• اختبار التكامل: على الرغم من استخدامها بشكل أساسي لاختبار الوحدة، يمكن تطبيق مبادئ PBT على اختبارات التكامل. حدد الخصائص التي يجب أن تظل صحيحة عبر وحدات أو مكونات مختلفة من تطبيقك.
• الاختبار الضبابي (Fuzzing): يمكن استخدام الاختبار القائم على الخصائص كشكل من أشكال الاختبار الضبابي، حيث تقوم بإنشاء مدخلات عشوائية، قد تكون غير صالحة، للكشف عن الثغرات الأمنية أو السلوك غير المتوقع.

أمثلة عبر مجالات مختلفة

يمكن تطبيق الاختبار القائم على الخصائص على مجموعة واسعة من المجالات. إليك بعض الأمثلة:

• الدوال الرياضية: اختبار خصائص مثل التبادلية والترابطية والتوزيعية للعمليات الرياضية.
• هياكل البيانات: التحقق من خصائص مثل الحفاظ على الترتيب في قائمة مرتبة أو العدد الصحيح للعناصر في مجموعة.
• معالجة السلاسل النصية: اختبار خصائص مثل عكس السلاسل النصية، أو صحة مطابقة التعبيرات النمطية، أو صلاحية تحليل عناوين URL.
• تكاملات واجهات برمجة التطبيقات: التحقق من خصائص مثل ثباتية استدعاءات API أو اتساق البيانات عبر أنظمة مختلفة.
• تطبيقات الويب: اختبار خصائص مثل صحة التحقق من النماذج أو إمكانية الوصول إلى صفحات الويب. على سبيل المثال، التحقق من أن جميع الصور لها نص بديل (alt text).
• تطوير الألعاب: اختبار خصائص مثل السلوك المتوقع لفيزياء اللعبة، أو آلية التسجيل الصحيحة للنقاط، أو التوزيع العادل للمحتوى الذي يتم إنشاؤه عشوائيًا. فكر في اختبار اتخاذ قرارات الذكاء الاصطناعي في ظل سيناريوهات مختلفة.
• التطبيقات المالية: يعد اختبار دقة تحديثات الرصيد دائمًا بعد أنواع مختلفة من المعاملات (الإيداع، السحب، التحويل) أمرًا بالغ الأهمية في الأنظمة المالية. ستفرض الخصائص الحفاظ على القيمة الإجمالية ونسبتها بشكل صحيح.

مثال التدويل (i18n): عند التعامل مع التدويل، يمكن للخصائص أن تضمن أن الدوال تتعامل بشكل صحيح مع الإعدادات المحلية المختلفة. على سبيل المثال، عند تنسيق الأرقام أو التواريخ، يمكنك التحقق من خصائص مثل: * أن الرقم أو التاريخ المنسق منسق بشكل صحيح للإعداد المحلي المحدد. * أنه يمكن تحليل الرقم أو التاريخ المنسق مرة أخرى إلى قيمته الأصلية، مع الحفاظ على الدقة.

مثال العولمة (g11n): عند العمل مع الترجمات، يمكن أن تساعد الخصائص في الحفاظ على الاتساق والدقة. على سبيل المثال: * أن يكون طول السلسلة المترجمة قريبًا بشكل معقول من طول السلسلة الأصلية (لتجنب التوسع أو الاقتطاع المفرط). * أن تحتوي السلسلة المترجمة على نفس العناصر النائبة أو المتغيرات الموجودة في السلسلة الأصلية.

الأخطاء الشائعة التي يجب تجنبها

• الخصائص التافهة: تجنب الخصائص التي تكون صحيحة دائمًا، بغض النظر عن الكود الذي يتم اختباره. لا تقدم هذه الخصائص أي معلومات مفيدة.
• الخصائص المعقدة للغاية: تجنب الخصائص التي يصعب فهمها أو التحقق منها. قم بتقسيم الخصائص المعقدة إلى خصائص أصغر وأكثر قابلية للإدارة.
• تجاهل الحالات الهامشية: تأكد من أن خصائصك تغطي الحالات الهامشية المحتملة والظروف الحدودية.
• التفسير الخاطئ للأمثلة المضادة: حلل بعناية الأمثلة الفاشلة المصغرة التي يوفرها إطار عمل PBT لفهم السبب الجذري للخطأ. لا تقفز إلى استنتاجات أو تضع افتراضات.
• التعامل مع PBT كحل سحري: PBT أداة قوية، لكنها ليست بديلاً للتصميم الدقيق ومراجعات الكود وتقنيات الاختبار الأخرى. استخدم PBT كجزء من استراتيجية اختبار شاملة.

الخاتمة

الاختبار القائم على الخصائص هو تقنية قيمة لتحسين جودة وموثوقية كود جافاسكريبت الخاص بك. من خلال تحديد الخصائص التي تصف السلوك المتوقع للكود الخاص بك والسماح لإطار عمل PBT بإنشاء مجموعة واسعة من المدخلات، يمكنك الكشف عن الأخطاء الخفية والحالات الهامشية التي قد تكون فاتتك مع اختبارات الوحدة التقليدية. تسهل مكتبات مثل jsverify و fast-check تنفيذ PBT في مشاريع جافاسكريبت الخاصة بك. تبنَّ PBT كجزء من استراتيجية الاختبار الخاصة بك واجنِ فوائد زيادة تغطية الاختبار، وتحسين جودة الكود، وتقليل تكاليف الصيانة. تذكر أن تركز على تحديد خصائص ذات معنى، وأن تضع في اعتبارك الحالات الهامشية، وأن تحلل بعناية الأمثلة الفاشلة لتحقيق أقصى استفادة من هذه التقنية القوية. مع الممارسة والخبرة، ستصبح محترفًا في الاختبار القائم على الخصائص وستبني تطبيقات جافاسكريبت أكثر قوة وموثوقية.

مصادر إضافية

• توثيق jsverify
• توثيق fast-check
• Hypothesis (مكتبة PBT لبايثون) - تنطبق المفاهيم عبر اللغات
• الاختبار القائم على الخصائص في جافاسكريبت (فيديو)