Strategie testování v JavaScriptu: Implementace testování založeného na vlastnostech

Testování je nedílnou součástí vývoje softwaru, zajišťující spolehlivost a robustnost našich aplikací. Zatímco jednotkové testy (unit tests) se zaměřují na konkrétní vstupy a očekávané výstupy, testování založené na vlastnostech (PBT - property-based testing) nabízí komplexnější přístup tím, že ověřuje, zda váš kód dodržuje předdefinované vlastnosti napříč širokou škálou automaticky generovaných vstupů. Tento blogový příspěvek se ponoří do světa testování založeného na vlastnostech v JavaScriptu, prozkoumá jeho výhody, implementační techniky a populární knihovny.

Co je testování založené na vlastnostech?

Testování založené na vlastnostech, známé také jako generativní testování, přesouvá zaměření z testování jednotlivých příkladů na ověřování vlastností, které by měly platit pro celou škálu vstupů. Místo psaní testů, které ověřují konkrétní výstupy pro konkrétní vstupy, definujete vlastnosti, které popisují očekávané chování vašeho kódu. Rámec PBT poté generuje velké množství náhodných vstupů a kontroluje, zda vlastnosti platí pro všechny z nich. Pokud je vlastnost porušena, rámec se pokusí zmenšit vstup, aby našel nejmenší selhávající příklad, což usnadňuje ladění.

Představte si, že testujete funkci pro řazení. Místo testování s několika ručně vybranými poli můžete definovat vlastnost jako „Délka seřazeného pole se rovná délce původního pole“ nebo „Všechny prvky v seřazeném poli jsou větší nebo rovny předchozímu prvku.“ Rámec PBT pak vygeneruje mnoho polí různých velikostí a obsahu, čímž zajistí, že vaše řadicí funkce splňuje tyto vlastnosti v široké škále scénářů.

Výhody testování založeného na vlastnostech

• Zvýšené pokrytí testy: PBT prozkoumává mnohem širší škálu vstupů než tradiční jednotkové testy, odhaluje okrajové případy a neočekávané scénáře, které byste možná ručně nezvážili.
• Zlepšená kvalita kódu: Definování vlastností vás nutí hlouběji přemýšlet o zamýšleném chování vašeho kódu, což vede k lepšímu pochopení problému a robustnější implementaci.
• Snížené náklady na údržbu: Testy založené na vlastnostech jsou odolnější vůči změnám v kódu než testy založené na příkladech. Pokud refaktorujete kód, ale zachováte stejné vlastnosti, PBT testy budou i nadále procházet, což vám dává jistotu, že vaše změny nezavedly žádné regrese.
• Snadnější ladění: Když vlastnost selže, PBT rámec poskytne minimální selhávající příklad, což usnadňuje identifikaci hlavní příčiny chyby.
• Lepší dokumentace: Vlastnosti slouží jako forma spustitelné dokumentace, která jasně popisuje očekávané chování vašeho kódu.

Implementace testování založeného na vlastnostech v JavaScriptu

Několik JavaScriptových knihoven usnadňuje testování založené na vlastnostech. Dvě populární volby jsou jsverify a fast-check. Pojďme se podívat, jak každou z nich použít s praktickými příklady.

Použití jsverify

jsverify je výkonná a dobře zavedená knihovna pro testování založené na vlastnostech v JavaScriptu. Poskytuje bohatou sadu generátorů pro vytváření náhodných dat, stejně jako pohodlné API pro definování a spouštění vlastností.

Instalace:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

Příklad: Testování funkce sčítání

Řekněme, že máme jednoduchou funkci pro sčítání:

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

              
                Copy
              
            
          

Můžeme použít jsverify k definování vlastnosti, která říká, že sčítání je komutativní (a + b = b + a):

            const jsc = require('jsverify');

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

            

              
                Copy
              
            
          

V tomto příkladu:

• jsc.property definuje vlastnost s popisným názvem.
• 'number', 'number' specifikují, že vlastnost by měla být testována s náhodnými čísly jako vstupy pro a a b. jsverify poskytuje širokou škálu vestavěných generátorů pro různé datové typy.
• Funkce function(a, b) { ... } definuje samotnou vlastnost. Přijímá vygenerované vstupy a a b a vrací true, pokud vlastnost platí, a false v opačném případě.

Když spustíte tento test, jsverify vygeneruje stovky náhodných dvojic čísel a zkontroluje, zda pro všechny z nich platí komutativní vlastnost. Pokud najde protipříklad, nahlásí selhávající vstup a pokusí se ho zmenšit na minimální příklad.

Složitější příklad: Testování funkce pro obrácení řetězce

Zde je funkce pro obrácení řetězce:

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

              
                Copy
              
            
          

Můžeme definovat vlastnost, která říká, že dvojité obrácení řetězce by mělo vrátit původní řetězec:

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

            

              
                Copy
              
            
          

jsverify vygeneruje náhodné řetězce různých délek a obsahu a zkontroluje, zda tato vlastnost platí pro všechny z nich.

Použití fast-check

fast-check je další vynikající knihovna pro testování založené na vlastnostech pro JavaScript. Je známá svým výkonem a zaměřením na poskytování plynulého API pro definování generátorů a vlastností.

Instalace:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

Příklad: Testování funkce sčítání

Použijeme stejnou funkci sčítání jako předtím:

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

              
                Copy
              
            
          

Komutativní vlastnost můžeme definovat pomocí 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
              
            
          

V tomto příkladu:

• fc.assert spouští test založený na vlastnostech.
• fc.property definuje vlastnost.
• fc.integer() specifikuje, že vlastnost by měla být testována s náhodnými celými čísly jako vstupy pro a a b. fast-check také poskytuje širokou škálu vestavěných arbitraries (generátorů).
• Lambda výraz (a, b) => { ... } definuje samotnou vlastnost.

Složitější příklad: Testování funkce pro obrácení řetězce

Použijeme stejnou funkci pro obrácení řetězce jako předtím:

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

              
                Copy
              
            
          

Vlastnost dvojitého obrácení můžeme definovat pomocí fast-check:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Volba mezi jsverify a fast-check

Jak jsverify, tak fast-check jsou vynikající volby pro testování založené na vlastnostech v JavaScriptu. Zde je stručné srovnání, které vám pomůže vybrat správnou knihovnu pro váš projekt:

• jsverify: Má delší historii a rozsáhlejší sbírku vestavěných generátorů. Může být dobrou volbou, pokud potřebujete specifické generátory, které nejsou k dispozici ve fast-check, nebo pokud preferujete deklarativnější styl.
• fast-check: Je známý svým výkonem a plynulým API. Může být lepší volbou, pokud je výkon kritický, nebo pokud preferujete stručnější a expresivnější styl. Jeho schopnosti zmenšování (shrinking) jsou také považovány za velmi dobré.

Nakonec nejlepší volba závisí na vašich specifických potřebách a preferencích. Stojí za to experimentovat s oběma knihovnami, abyste zjistili, která vám více vyhovuje a je pro vás efektivnější.

Strategie pro psaní efektivních testů založených na vlastnostech

Psaní efektivních testů založených na vlastnostech vyžaduje jiný způsob myšlení než psaní tradičních jednotkových testů. Zde jsou některé strategie, které vám pomohou vytěžit z PBT maximum:

• Zaměřte se na vlastnosti, ne na příklady: Přemýšlejte o základních vlastnostech, které by váš kód měl splňovat, místo abyste se soustředili na konkrétní páry vstup-výstup.
• Začněte jednoduše: Začněte s jednoduchými vlastnostmi, které jsou snadno pochopitelné a ověřitelné. Jak získáte jistotu, můžete přidávat složitější vlastnosti.
• Používejte popisné názvy: Dávejte svým vlastnostem popisné názvy, které jasně vysvětlují, co testují.
• Zvažte okrajové případy: Přestože PBT automaticky generuje širokou škálu vstupů, je stále důležité zvážit potenciální okrajové případy a zajistit, že je vaše vlastnosti pokrývají. Můžete použít techniky jako podmíněné vlastnosti pro ošetření speciálních případů.
• Zmenšujte selhávající příklady: Když vlastnost selže, věnujte pozornost minimálnímu selhávajícímu příkladu, který poskytuje PBT rámec. Tento příklad často poskytuje cenné vodítko k hlavní příčině chyby.
• Kombinujte s jednotkovými testy: PBT není náhradou za jednotkové testy, ale spíše jejich doplňkem. Používejte jednotkové testy k ověření specifických scénářů a okrajových případů a PBT k zajištění, že váš kód splňuje obecné vlastnosti napříč širokou škálou vstupů.
• Granularita vlastností: Zvažte granularitu vašich vlastností. Pokud jsou příliš široké, může být obtížné diagnostikovat selhání. Pokud jsou příliš úzké, v podstatě píšete jednotkové testy. Klíčové je najít správnou rovnováhu.

Pokročilé techniky testování založeného na vlastnostech

Jakmile se seznámíte se základy testování založeného na vlastnostech, můžete prozkoumat některé pokročilé techniky k dalšímu vylepšení vaší testovací strategie:

• Podmíněné vlastnosti: Použijte podmíněné vlastnosti k testování chování, které platí pouze za určitých podmínek. Například můžete chtít testovat vlastnost, která platí pouze tehdy, je-li vstupem kladné číslo.
• Vlastní generátory: Vytvářejte vlastní generátory pro generování dat, která jsou specifická pro vaši aplikační doménu. To vám umožní testovat váš kód s realističtějšími a relevantnějšími vstupy.
• Stavové testování: Použijte techniky stavového testování k ověření chování stavových systémů, jako jsou konečné stavové automaty nebo reaktivní aplikace. To zahrnuje definování vlastností, které popisují, jak by se měl stav systému měnit v reakci na různé akce.
• Integrační testování: Ačkoli se PBT principy používají primárně pro jednotkové testování, lze je aplikovat i na integrační testy. Definujte vlastnosti, které by měly platit napříč různými moduly nebo komponentami vaší aplikace.
• Fuzzing: Testování založené na vlastnostech lze použít jako formu fuzzingu, kdy generujete náhodné, potenciálně neplatné vstupy k odhalení bezpečnostních zranitelností nebo neočekávaného chování.

Příklady z různých domén

Testování založené na vlastnostech lze aplikovat na širokou škálu domén. Zde jsou některé příklady:

• Matematické funkce: Testujte vlastnosti jako komutativita, asociativita a distributivita pro matematické operace.
• Datové struktury: Ověřujte vlastnosti jako zachování pořadí v seřazeném seznamu nebo správný počet prvků v kolekci.
• Manipulace s řetězci: Testujte vlastnosti jako obrácení řetězců, správnost shody s regulárními výrazy nebo platnost parsování URL.
• Integrace API: Ověřujte vlastnosti jako idempotence volání API nebo konzistence dat napříč různými systémy.
• Webové aplikace: Testujte vlastnosti jako správnost validace formulářů nebo přístupnost webových stránek. Například kontrola, že všechny obrázky mají alt text.
• Vývoj her: Testujte vlastnosti jako předvídatelné chování herní fyziky, správný mechanismus bodování nebo spravedlivé rozdělení náhodně generovaného obsahu. Zvažte testování rozhodování AI v různých scénářích.
• Finanční aplikace: Testování, že aktualizace zůstatku jsou vždy přesné po různých typech transakcí (vklady, výběry, převody), je v finančních systémech klíčové. Vlastnosti by vynucovaly, že celková hodnota je zachována a správně přiřazena.

Příklad internacionalizace (i18n): Při práci s internacionalizací mohou vlastnosti zajistit, že funkce správně zpracovávají různé lokalizace. Například při formátování čísel nebo dat můžete kontrolovat vlastnosti jako: * Formátované číslo nebo datum je správně naformátováno pro zadanou lokalizaci. * Formátované číslo nebo datum lze zpětně naparsovat na původní hodnotu se zachováním přesnosti.

Příklad globalizace (g11n): Při práci s překlady mohou vlastnosti pomoci udržet konzistenci a přesnost. Například: * Délka přeloženého řetězce je přiměřeně blízká délce původního řetězce (aby se předešlo nadměrnému rozšíření nebo zkrácení). * Přeložený řetězec obsahuje stejné zástupné symboly nebo proměnné jako původní řetězec.

Běžné nástrahy, kterým se vyhnout

• Triviální vlastnosti: Vyhněte se vlastnostem, které jsou vždy pravdivé, bez ohledu na testovaný kód. Tyto vlastnosti neposkytují žádné smysluplné informace.
• Příliš složité vlastnosti: Vyhněte se vlastnostem, které jsou příliš složité na pochopení nebo ověření. Rozdělte složité vlastnosti na menší, lépe spravovatelné.
• Ignorování okrajových případů: Ujistěte se, že vaše vlastnosti pokrývají potenciální okrajové případy a hraniční podmínky.
• Špatná interpretace protipříkladů: Pečlivě analyzujte minimální selhávající příklady poskytnuté PBT rámcem, abyste pochopili hlavní příčinu chyby. Nedělejte ukvapené závěry ani předpoklady.
• Považování PBT za všelék: PBT je mocný nástroj, ale není náhradou za pečlivý návrh, revize kódu a další testovací techniky. Používejte PBT jako součást komplexní testovací strategie.

Závěr

Testování založené na vlastnostech je cenná technika pro zlepšení kvality a spolehlivosti vašeho JavaScriptového kódu. Definováním vlastností, které popisují očekávané chování vašeho kódu, a necháním PBT rámce generovat širokou škálu vstupů, můžete odhalit skryté chyby a okrajové případy, které byste s tradičními jednotkovými testy mohli přehlédnout. Knihovny jako jsverify a fast-check usnadňují implementaci PBT ve vašich JavaScriptových projektech. Zařaďte PBT do své testovací strategie a těžte z výhod zvýšeného pokrytí testy, zlepšené kvality kódu a snížených nákladů na údržbu. Nezapomeňte se soustředit na definování smysluplných vlastností, zvažovat okrajové případy a pečlivě analyzovat selhávající příklady, abyste z této mocné techniky vytěžili maximum. S praxí a zkušenostmi se stanete mistrem testování založeného na vlastnostech a budete vytvářet robustnější a spolehlivější JavaScriptové aplikace.

Další zdroje

• jsverify Dokumentace
• fast-check Dokumentace
• Hypothesis (Python PBT knihovna) - Koncepty jsou použitelné napříč jazyky
• Testování založené na vlastnostech v JavaScriptu (Video)