Teststrategien für JavaScript: Implementierung von eigenschaftsbasiertem Testen

Testen ist ein integraler Bestandteil der Softwareentwicklung, der die Zuverlässigkeit und Robustheit unserer Anwendungen sicherstellt. Während sich Unit-Tests auf spezifische Eingaben und erwartete Ausgaben konzentrieren, bietet das eigenschaftsbasierte Testen (Property-Based Testing, PBT) einen umfassenderen Ansatz, indem es überprüft, ob Ihr Code vordefinierte Eigenschaften über eine breite Palette von automatisch generierten Eingaben hinweg einhält. Dieser Blogbeitrag taucht in die Welt des eigenschaftsbasierten Testens in JavaScript ein und untersucht dessen Vorteile, Implementierungstechniken und beliebte Bibliotheken.

Was ist eigenschaftsbasiertes Testen?

Eigenschaftsbasiertes Testen, auch als generatives Testen bekannt, verlagert den Fokus vom Testen einzelner Beispiele auf die Überprüfung von Eigenschaften, die für eine Reihe von Eingaben gelten sollten. Anstatt Tests zu schreiben, die spezifische Ausgaben für spezifische Eingaben behaupten, definieren Sie Eigenschaften, die das erwartete Verhalten Ihres Codes beschreiben. Das PBT-Framework generiert dann eine große Anzahl zufälliger Eingaben und prüft, ob die Eigenschaften für alle gelten. Wenn eine Eigenschaft verletzt wird, versucht das Framework, die Eingabe zu verkleinern, um das kleinste fehlschlagende Beispiel zu finden, was das Debugging erleichtert.

Stellen Sie sich vor, Sie testen eine Sortierfunktion. Anstatt mit einigen handverlesenen Arrays zu testen, können Sie eine Eigenschaft definieren wie „Die Länge des sortierten Arrays ist gleich der Länge des ursprünglichen Arrays“ oder „Alle Elemente im sortierten Array sind größer oder gleich dem vorherigen Element.“ Das PBT-Framework generiert dann zahlreiche Arrays unterschiedlicher Größe und Inhalte und stellt sicher, dass Ihre Sortierfunktion diese Eigenschaften in einer Vielzahl von Szenarien erfüllt.

Vorteile des eigenschaftsbasierten Testens

• Erhöhte Testabdeckung: PBT untersucht eine viel breitere Palette von Eingaben als herkömmliche Unit-Tests und deckt Randfälle und unerwartete Szenarien auf, die Sie manuell möglicherweise nicht berücksichtigt hätten.
• Verbesserte Code-Qualität: Das Definieren von Eigenschaften zwingt Sie dazu, tiefer über das beabsichtigte Verhalten Ihres Codes nachzudenken, was zu einem besseren Verständnis der Problemdomäne und einer robusteren Implementierung führt.
• Reduzierte Wartungskosten: Eigenschaftsbasierte Tests sind widerstandsfähiger gegenüber Codeänderungen als beispielbasierte Tests. Wenn Sie Ihren Code umgestalten, aber dieselben Eigenschaften beibehalten, werden die PBT-Tests weiterhin erfolgreich sein, was Ihnen die Gewissheit gibt, dass Ihre Änderungen keine Regressionen eingeführt haben.
• Einfacheres Debugging: Wenn eine Eigenschaft fehlschlägt, liefert das PBT-Framework ein minimales fehlschlagendes Beispiel, was es einfacher macht, die eigentliche Ursache des Fehlers zu identifizieren.
• Bessere Dokumentation: Eigenschaften dienen als eine Form der ausführbaren Dokumentation, die das erwartete Verhalten Ihres Codes klar umreißt.

Implementierung von eigenschaftsbasiertem Testen in JavaScript

Mehrere JavaScript-Bibliotheken erleichtern das eigenschaftsbasierte Testen. Zwei beliebte Optionen sind jsverify und fast-check. Lassen Sie uns anhand praktischer Beispiele untersuchen, wie man sie jeweils verwendet.

Verwendung von jsverify

jsverify ist eine leistungsstarke und etablierte Bibliothek für eigenschaftsbasiertes Testen in JavaScript. Sie bietet einen reichhaltigen Satz von Generatoren zur Erstellung von Zufallsdaten sowie eine praktische API zur Definition und Ausführung von Eigenschaften.

Installation:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

Beispiel: Testen einer Additionsfunktion

Nehmen wir an, wir haben eine einfache Additionsfunktion:

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

              
                Copy
              
            
          

Wir können jsverify verwenden, um eine Eigenschaft zu definieren, die besagt, dass die Addition kommutativ ist (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
              
            
          

In diesem Beispiel:

• jsc.property definiert eine Eigenschaft mit einem beschreibenden Namen.
• 'number', 'number' geben an, dass die Eigenschaft mit zufälligen Zahlen als Eingaben für a und b getestet werden soll. jsverify bietet eine breite Palette von integrierten Generatoren für verschiedene Datentypen.
• Die Funktion function(a, b) { ... } definiert die Eigenschaft selbst. Sie nimmt die generierten Eingaben a und b entgegen und gibt true zurück, wenn die Eigenschaft gilt, andernfalls false.

Wenn Sie diesen Test ausführen, generiert jsverify Hunderte von zufälligen Zahlenpaaren und prüft, ob die kommutative Eigenschaft für alle gilt. Wenn es ein Gegenbeispiel findet, meldet es die fehlschlagende Eingabe und versucht, sie auf ein minimales Beispiel zu verkleinern.

Komplexeres Beispiel: Testen einer Funktion zum Umkehren von Zeichenketten

Hier ist eine Funktion zum Umkehren von Zeichenketten:

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

              
                Copy
              
            
          

Wir können eine Eigenschaft definieren, die besagt, dass das zweimalige Umkehren einer Zeichenkette die ursprüngliche Zeichenkette zurückgeben sollte:

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

            

              
                Copy
              
            
          

jsverify generiert zufällige Zeichenketten unterschiedlicher Länge und Inhalte und prüft, ob diese Eigenschaft für alle gilt.

Verwendung von fast-check

fast-check ist eine weitere ausgezeichnete Bibliothek für eigenschaftsbasiertes Testen in JavaScript. Sie ist bekannt für ihre Leistung und ihren Fokus auf eine flüssige API zur Definition von Generatoren und Eigenschaften.

Installation:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

Beispiel: Testen einer Additionsfunktion

Unter Verwendung der gleichen Additionsfunktion wie zuvor:

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

              
                Copy
              
            
          

Wir können die kommutative Eigenschaft mit fast-check definieren:

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel:

• fc.assert führt den eigenschaftsbasierten Test aus.
• fc.property definiert die Eigenschaft.
• fc.integer() gibt an, dass die Eigenschaft mit zufälligen ganzen Zahlen als Eingaben für a und b getestet werden soll. fast-check bietet ebenfalls eine breite Palette von integrierten Arbitraries (Generatoren).
• Der Lambda-Ausdruck (a, b) => { ... } definiert die Eigenschaft selbst.

Komplexeres Beispiel: Testen einer Funktion zum Umkehren von Zeichenketten

Unter Verwendung der gleichen Funktion zum Umkehren von Zeichenketten wie zuvor:

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

              
                Copy
              
            
          

Wir können die Eigenschaft des doppelten Umkehrens mit fast-check definieren:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Die Wahl zwischen jsverify und fast-check

Sowohl jsverify als auch fast-check sind ausgezeichnete Wahlmöglichkeiten für eigenschaftsbasiertes Testen in JavaScript. Hier ist ein kurzer Vergleich, der Ihnen bei der Wahl der richtigen Bibliothek für Ihr Projekt helfen soll:

• jsverify: Hat eine längere Geschichte und eine umfangreichere Sammlung von integrierten Generatoren. Es könnte eine gute Wahl sein, wenn Sie spezifische Generatoren benötigen, die in fast-check nicht verfügbar sind, oder wenn Sie einen eher deklarativen Stil bevorzugen.
• fast-check: Bekannt für seine Leistung und seine flüssige API. Es könnte die bessere Wahl sein, wenn die Leistung entscheidend ist oder wenn Sie einen prägnanteren und ausdrucksstärkeren Stil bevorzugen. Seine Fähigkeiten zur Verkleinerung (Shrinking) gelten ebenfalls als sehr gut.

Letztendlich hängt die beste Wahl von Ihren spezifischen Bedürfnissen und Vorlieben ab. Es lohnt sich, mit beiden Bibliotheken zu experimentieren, um herauszufinden, welche Sie als angenehmer und effektiver empfinden.

Strategien für das Schreiben effektiver eigenschaftsbasierter Tests

Das Schreiben effektiver eigenschaftsbasierter Tests erfordert eine andere Denkweise als das Schreiben herkömmlicher Unit-Tests. Hier sind einige Strategien, die Ihnen helfen, das Beste aus PBT herauszuholen:

• Fokus auf Eigenschaften, nicht auf Beispiele: Denken Sie über die fundamentalen Eigenschaften nach, die Ihr Code erfüllen sollte, anstatt sich auf spezifische Eingabe-Ausgabe-Paare zu konzentrieren.
• Einfach anfangen: Beginnen Sie mit einfachen Eigenschaften, die leicht zu verstehen und zu überprüfen sind. Wenn Sie an Sicherheit gewinnen, können Sie komplexere Eigenschaften hinzufügen.
• Beschreibende Namen verwenden: Geben Sie Ihren Eigenschaften beschreibende Namen, die klar erklären, was sie testen.
• Randfälle berücksichtigen: Obwohl PBT automatisch eine breite Palette von Eingaben generiert, ist es dennoch wichtig, potenzielle Randfälle zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass Ihre Eigenschaften diese abdecken. Sie können Techniken wie bedingte Eigenschaften verwenden, um Sonderfälle zu behandeln.
• Fehlschlagende Beispiele verkleinern: Wenn eine Eigenschaft fehlschlägt, achten Sie auf das minimale fehlschlagende Beispiel, das vom PBT-Framework bereitgestellt wird. Dieses Beispiel gibt oft wertvolle Hinweise auf die eigentliche Ursache des Fehlers.
• Mit Unit-Tests kombinieren: PBT ist kein Ersatz für Unit-Tests, sondern eine Ergänzung dazu. Verwenden Sie Unit-Tests, um spezifische Szenarien und Randfälle zu überprüfen, und verwenden Sie PBT, um sicherzustellen, dass Ihr Code allgemeine Eigenschaften über eine breite Palette von Eingaben erfüllt.
• Granularität der Eigenschaften: Berücksichtigen Sie die Granularität Ihrer Eigenschaften. Sind sie zu breit gefasst, kann ein Fehlschlag schwer zu diagnostizieren sein. Sind sie zu eng gefasst, schreiben Sie im Grunde Unit-Tests. Das richtige Gleichgewicht zu finden ist der Schlüssel.

Fortgeschrittene Techniken des eigenschaftsbasierten Testens

Sobald Sie mit den Grundlagen des eigenschaftsbasierten Testens vertraut sind, können Sie einige fortgeschrittene Techniken erkunden, um Ihre Teststrategie weiter zu verbessern:

• Bedingte Eigenschaften: Verwenden Sie bedingte Eigenschaften, um Verhalten zu testen, das nur unter bestimmten Bedingungen gilt. Zum Beispiel könnten Sie eine Eigenschaft testen wollen, die nur gilt, wenn die Eingabe eine positive Zahl ist.
• Benutzerdefinierte Generatoren: Erstellen Sie benutzerdefinierte Generatoren, um Daten zu erzeugen, die spezifisch für Ihre Anwendungsdomäne sind. Dies ermöglicht es Ihnen, Ihren Code mit realistischeren und relevanteren Eingaben zu testen.
• Zustandsbasiertes Testen: Verwenden Sie zustandsbasierte Testtechniken, um das Verhalten von zustandsbehafteten Systemen wie endlichen Zustandsautomaten oder reaktiven Anwendungen zu überprüfen. Dies beinhaltet die Definition von Eigenschaften, die beschreiben, wie sich der Zustand des Systems als Reaktion auf verschiedene Aktionen ändern sollte.
• Integrationstests: Obwohl hauptsächlich für Unit-Tests verwendet, können PBT-Prinzipien auch auf Integrationstests angewendet werden. Definieren Sie Eigenschaften, die über verschiedene Module oder Komponenten Ihrer Anwendung hinweg gelten sollten.
• Fuzzing: Eigenschaftsbasiertes Testen kann als eine Form des Fuzzing verwendet werden, bei dem Sie zufällige, potenziell ungültige Eingaben generieren, um Sicherheitslücken oder unerwartetes Verhalten aufzudecken.

Beispiele aus verschiedenen Domänen

Eigenschaftsbasiertes Testen kann auf eine Vielzahl von Domänen angewendet werden. Hier sind einige Beispiele:

• Mathematische Funktionen: Testen Sie Eigenschaften wie Kommutativität, Assoziativität und Distributivität für mathematische Operationen.
• Datenstrukturen: Überprüfen Sie Eigenschaften wie die Beibehaltung der Reihenfolge in einer sortierten Liste oder die korrekte Anzahl von Elementen in einer Sammlung.
• String-Manipulation: Testen Sie Eigenschaften wie das Umkehren von Zeichenketten, die Korrektheit von regulären Ausdrucksübereinstimmungen oder die Gültigkeit des Parsens von URLs.
• API-Integrationen: Überprüfen Sie Eigenschaften wie die Idempotenz von API-Aufrufen oder die Konsistenz von Daten über verschiedene Systeme hinweg.
• Webanwendungen: Testen Sie Eigenschaften wie die Korrektheit der Formularvalidierung oder die Zugänglichkeit von Webseiten. Zum Beispiel die Überprüfung, dass alle Bilder einen Alternativtext haben.
• Spieleentwicklung: Testen Sie Eigenschaften wie das vorhersagbare Verhalten der Spielphysik, den korrekten Bewertungsmechanismus oder die faire Verteilung von zufällig generierten Inhalten. Erwägen Sie das Testen der KI-Entscheidungsfindung in verschiedenen Szenarien.
• Finanzanwendungen: Das Testen, dass Kontostandsaktualisierungen nach verschiedenen Arten von Transaktionen (Einzahlungen, Abhebungen, Überweisungen) immer korrekt sind, ist in Finanzsystemen entscheidend. Eigenschaften würden erzwingen, dass der Gesamtwert erhalten bleibt und korrekt zugeordnet wird.

Beispiel für Internationalisierung (i18n): Im Umgang mit Internationalisierung können Eigenschaften sicherstellen, dass Funktionen verschiedene Lokalisierungen korrekt behandeln. Zum Beispiel können Sie beim Formatieren von Zahlen oder Daten Eigenschaften wie die folgenden überprüfen: * Die formatierte Zahl oder das Datum ist für die angegebene Lokalisierung korrekt formatiert. * Die formatierte Zahl oder das Datum kann in ihren ursprünglichen Wert zurückgeparsed werden, wobei die Genauigkeit erhalten bleibt.

Beispiel für Globalisierung (g11n): Bei der Arbeit mit Übersetzungen können Eigenschaften helfen, Konsistenz und Genauigkeit zu wahren. Zum Beispiel: * Die Länge der übersetzten Zeichenkette liegt in einem vernünftigen Verhältnis zur Länge der ursprünglichen Zeichenkette (um übermäßige Ausdehnung oder Kürzung zu vermeiden). * Die übersetzte Zeichenkette enthält dieselben Platzhalter oder Variablen wie die ursprüngliche Zeichenkette.

Häufige Fallstricke, die es zu vermeiden gilt

• Triviale Eigenschaften: Vermeiden Sie Eigenschaften, die immer wahr sind, unabhängig vom getesteten Code. Diese Eigenschaften liefern keine aussagekräftigen Informationen.
• Übermäßig komplexe Eigenschaften: Vermeiden Sie Eigenschaften, die zu komplex sind, um sie zu verstehen oder zu überprüfen. Zerlegen Sie komplexe Eigenschaften in kleinere, überschaubarere.
• Ignorieren von Randfällen: Stellen Sie sicher, dass Ihre Eigenschaften potenzielle Randfälle und Grenzbedingungen abdecken.
• Fehlinterpretation von Gegenbeispielen: Analysieren Sie die vom PBT-Framework bereitgestellten minimalen fehlschlagenden Beispiele sorgfältig, um die eigentliche Ursache des Fehlers zu verstehen. Ziehen Sie keine voreiligen Schlüsse oder treffen Sie keine Annahmen.
• PBT als Allheilmittel betrachten: PBT ist ein mächtiges Werkzeug, aber es ist kein Ersatz für sorgfältiges Design, Code-Reviews und andere Testtechniken. Verwenden Sie PBT als Teil einer umfassenden Teststrategie.

Fazit

Eigenschaftsbasiertes Testen ist eine wertvolle Technik zur Verbesserung der Qualität und Zuverlässigkeit Ihres JavaScript-Codes. Indem Sie Eigenschaften definieren, die das erwartete Verhalten Ihres Codes beschreiben, und das PBT-Framework eine breite Palette von Eingaben generieren lassen, können Sie versteckte Fehler und Randfälle aufdecken, die Sie bei herkömmlichen Unit-Tests möglicherweise übersehen hätten. Bibliotheken wie jsverify und fast-check machen es einfach, PBT in Ihren JavaScript-Projekten zu implementieren. Nehmen Sie PBT als Teil Ihrer Teststrategie an und profitieren Sie von den Vorteilen einer erhöhten Testabdeckung, verbesserter Code-Qualität und reduzierter Wartungskosten. Denken Sie daran, sich auf die Definition aussagekräftiger Eigenschaften zu konzentrieren, Randfälle zu berücksichtigen und fehlschlagende Beispiele sorgfältig zu analysieren, um das Beste aus dieser leistungsstarken Technik herauszuholen. Mit Übung und Erfahrung werden Sie zum Meister des eigenschaftsbasierten Testens und bauen robustere und zuverlässigere JavaScript-Anwendungen.

Weitere Ressourcen

• jsverify-Dokumentation
• fast-check-Dokumentation
• Hypothesis (Python-PBT-Bibliothek) – Konzepte sind sprachübergreifend anwendbar
• Eigenschaftsbasiertes Testen in JavaScript (Video)