استراتژی‌های تست جاوا اسکریپت: پیاده‌سازی تست مبتنی بر خاصیت

تست کردن بخش جدایی‌ناپذیر توسعه نرم‌افزار است که قابلیت اطمینان و استحکام برنامه‌های ما را تضمین می‌کند. در حالی که تست‌های واحد (unit tests) بر ورودی‌های خاص و خروجی‌های مورد انتظار تمرکز دارند، تست مبتنی بر خاصیت (Property-Based Testing یا PBT) با تأیید اینکه کد شما از خواص از پیش تعریف‌شده در طیف گسترده‌ای از ورودی‌های تولید شده به صورت خودکار پیروی می‌کند، رویکرد جامع‌تری ارائه می‌دهد. این پست وبلاگ به دنیای تست مبتنی بر خاصیت در جاوا اسکریپت می‌پردازد و مزایا، تکنیک‌های پیاده‌سازی و کتابخانه‌های محبوب آن را بررسی می‌کند.

تست مبتنی بر خاصیت (Property-Based Testing) چیست؟

تست مبتنی بر خاصیت، که به آن تست تولیدی (generative testing) نیز گفته می‌شود، تمرکز را از تست نمونه‌های فردی به تأیید خواصی که باید برای طیف وسیعی از ورودی‌ها صادق باشند، تغییر می‌دهد. به جای نوشتن تست‌هایی که خروجی‌های خاص را برای ورودی‌های خاص تأیید می‌کنند، شما خواصی را تعریف می‌کنید که رفتار مورد انتظار کد شما را توصیف می‌کنند. سپس فریم‌ورک PBT تعداد زیادی ورودی تصادفی تولید کرده و بررسی می‌کند که آیا این خواص برای همه آنها صادق است یا خیر. اگر یک خاصیت نقض شود، فریم‌ورک تلاش می‌کند تا ورودی را کوچک‌سازی (shrink) کرده و کوچکترین مثال شکست‌خورده را پیدا کند، که این امر اشکال‌زدایی را آسان‌تر می‌کند.

تصور کنید در حال تست یک تابع مرتب‌سازی هستید. به جای تست با چند آرایه دست‌چین شده، می‌توانید خاصیتی مانند «طول آرایه مرتب‌شده برابر با طول آرایه اصلی است» یا «تمام عناصر در آرایه مرتب‌شده بزرگتر یا مساوی عنصر قبلی خود هستند» را تعریف کنید. سپس فریم‌ورک PBT آرایه‌های متعددی با اندازه‌ها و محتویات مختلف تولید کرده و اطمینان حاصل می‌کند که تابع مرتب‌سازی شما این خواص را در طیف گسترده‌ای از سناریوها برآورده می‌کند.

مزایای تست مبتنی بر خاصیت

• افزایش پوشش تست: PBT طیف بسیار گسترده‌تری از ورودی‌ها را نسبت به تست‌های واحد سنتی کاوش می‌کند و موارد مرزی (edge cases) و سناریوهای غیرمنتظره‌ای را که ممکن است به صورت دستی در نظر نگرفته باشید، کشف می‌کند.
• بهبود کیفیت کد: تعریف خواص شما را وادار می‌کند تا عمیق‌تر در مورد رفتار مورد نظر کد خود فکر کنید، که منجر به درک بهتر دامنه مسئله و پیاده‌سازی مستحکم‌تر می‌شود.
• کاهش هزینه‌های نگهداری: تست‌های مبتنی بر خاصیت نسبت به تست‌های مبتنی بر مثال، در برابر تغییرات کد مقاوم‌تر هستند. اگر کد خود را بازسازی (refactor) کنید اما همان خواص را حفظ نمایید، تست‌های PBT همچنان پاس می‌شوند و به شما اطمینان می‌دهند که تغییرات شما هیچ رگرسیونی (regression) ایجاد نکرده است.
• اشکال‌زدایی آسان‌تر: هنگامی که یک خاصیت با شکست مواجه می‌شود، فریم‌ورک PBT یک مثال حداقلی شکست‌خورده ارائه می‌دهد، که شناسایی علت اصلی باگ را آسان‌تر می‌کند.
• مستندسازی بهتر: خواص به عنوان نوعی مستندات اجرایی عمل می‌کنند و رفتار مورد انتظار کد شما را به وضوح مشخص می‌نمایند.

پیاده‌سازی تست مبتنی بر خاصیت در جاوا اسکریپت

چندین کتابخانه جاوا اسکریپت تست مبتنی بر خاصیت را تسهیل می‌کنند. دو انتخاب محبوب jsverify و fast-check هستند. بیایید نحوه استفاده از هر یک از آنها را با مثال‌های عملی بررسی کنیم.

استفاده از jsverify

jsverify یک کتابخانه قدرتمند و تثبیت‌شده برای تست مبتنی بر خاصیت در جاوا اسکریپت است. این کتابخانه مجموعه‌ای غنی از تولیدکننده‌ها (generators) برای ایجاد داده‌های تصادفی و همچنین یک API مناسب برای تعریف و اجرای خواص فراهم می‌کند.

نصب:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

مثال: تست یک تابع جمع

فرض کنید یک تابع جمع ساده داریم:

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

              
                Copy
              
            
          

می‌توانیم از jsverify برای تعریف خاصیتی استفاده کنیم که بیان می‌کند عمل جمع جابجایی‌پذیر است (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
              
            
          

در این مثال:

• jsc.property یک خاصیت با نام توصیفی تعریف می‌کند.
• 'number', 'number' مشخص می‌کند که این خاصیت باید با اعداد تصادفی به عنوان ورودی برای a و b تست شود. jsverify طیف گسترده‌ای از تولیدکننده‌های داخلی برای انواع داده‌های مختلف فراهم می‌کند.
• تابع function(a, b) { ... } خود خاصیت را تعریف می‌کند. این تابع ورودی‌های تولید شده a و b را دریافت کرده و اگر خاصیت برقرار باشد true و در غیر این صورت false برمی‌گرداند.

هنگامی که این تست را اجرا می‌کنید، jsverify صدها جفت عدد تصادفی تولید کرده و بررسی می‌کند که آیا خاصیت جابجایی‌پذیری برای همه آنها صادق است یا خیر. اگر یک مثال نقض‌کننده پیدا کند، ورودی شکست‌خورده را گزارش داده و تلاش می‌کند آن را به یک مثال حداقلی کوچک کند.

مثال پیچیده‌تر: تست یک تابع معکوس‌کننده رشته

این یک تابع معکوس‌کننده رشته است:

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

              
                Copy
              
            
          

می‌توانیم خاصیتی را تعریف کنیم که بیان می‌کند معکوس کردن یک رشته دو بار، رشته اصلی را برمی‌گرداند:

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

            

              
                Copy
              
            
          

jsverify رشته‌های تصادفی با طول‌ها و محتویات مختلف تولید کرده و بررسی می‌کند که آیا این خاصیت برای همه آنها صادق است یا خیر.

استفاده از fast-check

fast-check یکی دیگر از کتابخانه‌های عالی تست مبتنی بر خاصیت برای جاوا اسکریپت است. این کتابخانه به دلیل عملکرد بالا و تمرکز بر ارائه یک API روان برای تعریف تولیدکننده‌ها و خواص شناخته شده است.

نصب:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

مثال: تست یک تابع جمع

با استفاده از همان تابع جمع قبلی:

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

              
                Copy
              
            
          

می‌توانیم خاصیت جابجایی‌پذیری را با استفاده از fast-check تعریف کنیم:

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال:

• fc.assert تست مبتنی بر خاصیت را اجرا می‌کند.
• fc.property خاصیت را تعریف می‌کند.
• fc.integer() مشخص می‌کند که خاصیت باید با اعداد صحیح تصادفی به عنوان ورودی برای a و b تست شود. fast-check نیز طیف گسترده‌ای از arbitraries (تولیدکننده‌ها) داخلی را فراهم می‌کند.
• عبارت لامبدا (a, b) => { ... } خود خاصیت را تعریف می‌کند.

مثال پیچیده‌تر: تست یک تابع معکوس‌کننده رشته

با استفاده از همان تابع معکوس‌کننده رشته قبلی:

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

              
                Copy
              
            
          

می‌توانیم خاصیت معکوس‌سازی دوگانه را با استفاده از fast-check تعریف کنیم:

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

            

              
                Copy
              
            
          

انتخاب بین jsverify و fast-check

هر دو کتابخانه jsverify و fast-check انتخاب‌های عالی برای تست مبتنی بر خاصیت در جاوا اسکریپت هستند. در اینجا یک مقایسه مختصر برای کمک به شما در انتخاب کتابخانه مناسب برای پروژه‌تان ارائه شده است:

• jsverify: سابقه طولانی‌تری دارد و مجموعه گسترده‌تری از تولیدکننده‌های داخلی را داراست. اگر به تولیدکننده‌های خاصی نیاز دارید که در fast-check موجود نیستند، یا اگر سبک اعلانی‌تری (declarative) را ترجیح می‌دهید، ممکن است انتخاب خوبی باشد.
• fast-check: به دلیل عملکرد بالا و API روان خود شناخته شده است. اگر عملکرد برای شما حیاتی است، یا اگر سبک مختصرتر و گویاتری را ترجیح می‌دهید، ممکن است انتخاب بهتری باشد. قابلیت‌های کوچک‌سازی (shrinking) آن نیز بسیار خوب در نظر گرفته می‌شود.

در نهایت، بهترین انتخاب به نیازها و ترجیحات خاص شما بستگی دارد. ارزش دارد که با هر دو کتابخانه کار کنید تا ببینید با کدام یک راحت‌تر و مؤثرتر هستید.

استراتژی‌هایی برای نوشتن تست‌های مبتنی بر خاصیت مؤثر

نوشتن تست‌های مبتنی بر خاصیت مؤثر نیازمند طرز فکر متفاوتی نسبت به نوشتن تست‌های واحد سنتی است. در اینجا چند استراتژی برای کمک به شما برای بهره‌برداری حداکثری از PBT آورده شده است:

• تمرکز بر خواص، نه مثال‌ها: به جای تمرکز بر جفت‌های ورودی-خروجی خاص، به خواص اساسی که کد شما باید برآورده کند، فکر کنید.
• ساده شروع کنید: با خواص ساده‌ای که درک و تأیید آنها آسان است شروع کنید. با افزایش اطمینان، می‌توانید خواص پیچیده‌تری اضافه کنید.
• از نام‌های توصیفی استفاده کنید: به خواص خود نام‌های توصیفی بدهید که به وضوح توضیح دهند چه چیزی را تست می‌کنند.
• موارد مرزی را در نظر بگیرید: در حالی که PBT به طور خودکار طیف گسترده‌ای از ورودی‌ها را تولید می‌کند، هنوز هم مهم است که موارد مرزی بالقوه را در نظر بگیرید و اطمینان حاصل کنید که خواص شما آنها را پوشش می‌دهند. می‌توانید از تکنیک‌هایی مانند خواص شرطی برای مدیریت موارد خاص استفاده کنید.
• مثال‌های شکست‌خورده را کوچک‌سازی کنید: هنگامی که یک خاصیت با شکست مواجه می‌شود، به مثال حداقلی شکست‌خورده ارائه شده توسط فریم‌ورک PBT توجه کنید. این مثال اغلب سرنخ‌های ارزشمندی در مورد علت اصلی باگ ارائه می‌دهد.
• ترکیب با تست‌های واحد: PBT جایگزینی برای تست‌های واحد نیست، بلکه مکملی برای آنهاست. از تست‌های واحد برای تأیید سناریوهای خاص و موارد مرزی استفاده کنید و از PBT برای اطمینان از اینکه کد شما خواص عمومی را در طیف گسترده‌ای از ورودی‌ها برآورده می‌کند، بهره ببرید.
• دانه‌بندی خواص: به دانه‌بندی (granularity) خواص خود فکر کنید. اگر خیلی کلی باشد، تشخیص علت شکست ممکن است دشوار باشد. اگر خیلی جزئی باشد، عملاً در حال نوشتن تست‌های واحد هستید. یافتن تعادل مناسب کلیدی است.

تکنیک‌های پیشرفته تست مبتنی بر خاصیت

هنگامی که با اصول اولیه تست مبتنی بر خاصیت راحت شدید، می‌توانید برخی از تکنیک‌های پیشرفته را برای بهبود بیشتر استراتژی تست خود کاوش کنید:

• خواص شرطی: از خواص شرطی برای تست رفتاری استفاده کنید که فقط تحت شرایط خاصی اعمال می‌شود. به عنوان مثال، ممکن است بخواهید خاصیتی را تست کنید که فقط زمانی که ورودی یک عدد مثبت است، اعمال می‌شود.
• تولیدکننده‌های سفارشی: تولیدکننده‌های سفارشی برای تولید داده‌های خاص دامنه برنامه خود ایجاد کنید. این به شما امکان می‌دهد کد خود را با ورودی‌های واقعی‌تر و مرتبط‌تر تست کنید.
• تست مبتنی بر حالت: از تکنیک‌های تست مبتنی بر حالت برای تأیید رفتار سیستم‌های دارای حالت، مانند ماشین‌های حالت متناهی یا برنامه‌های واکنشی (reactive) استفاده کنید. این شامل تعریف خواصی است که توصیف می‌کنند چگونه حالت سیستم باید در پاسخ به اقدامات مختلف تغییر کند.
• تست یکپارچه‌سازی: در حالی که PBT عمدتاً برای تست واحد استفاده می‌شود، اصول آن را می‌توان در تست‌های یکپارچه‌سازی (integration tests) نیز به کار برد. خواصی را تعریف کنید که باید در بین ماژول‌ها یا اجزای مختلف برنامه شما صادق باشند.
• فازینگ (Fuzzing): تست مبتنی بر خاصیت می‌تواند به عنوان نوعی فازینگ استفاده شود، که در آن شما ورودی‌های تصادفی و بالقوه نامعتبر را برای کشف آسیب‌پذیری‌های امنیتی یا رفتارهای غیرمنتظره تولید می‌کنید.

مثال‌هایی در دامنه‌های مختلف

تست مبتنی بر خاصیت را می‌توان در طیف گسترده‌ای از دامنه‌ها به کار برد. در اینجا چند مثال آورده شده است:

• توابع ریاضی: تست خواصی مانند جابجایی‌پذیری، شرکت‌پذیری و توزیع‌پذیری برای عملیات ریاضی.
• ساختارهای داده: تأیید خواصی مانند حفظ ترتیب در یک لیست مرتب‌شده یا تعداد صحیح عناصر در یک مجموعه.
• دستکاری رشته‌ها: تست خواصی مانند معکوس کردن رشته‌ها، صحت تطابق عبارات منظم، یا اعتبار تجزیه URL.
• یکپارچه‌سازی API: تأیید خواصی مانند خودتوانی (idempotency) فراخوانی‌های API یا سازگاری داده‌ها در سیستم‌های مختلف.
• برنامه‌های وب: تست خواصی مانند صحت اعتبارسنجی فرم‌ها یا دسترسی‌پذیری (accessibility) صفحات وب. به عنوان مثال، بررسی اینکه همه تصاویر دارای متن جایگزین (alt text) هستند.
• توسعه بازی: تست خواصی مانند رفتار قابل پیش‌بینی فیزیک بازی، مکانیزم صحیح امتیازدهی، یا توزیع منصفانه محتوای تولید شده به صورت تصادفی. تست تصمیم‌گیری هوش مصنوعی تحت سناریوهای مختلف را در نظر بگیرید.
• برنامه‌های مالی: تست اینکه به‌روزرسانی‌های موجودی پس از انواع مختلف تراکنش‌ها (سپرده، برداشت، انتقال) همیشه دقیق است، در سیستم‌های مالی حیاتی است. خواص باید تضمین کنند که ارزش کل حفظ شده و به درستی تخصیص داده می‌شود.

مثال بین‌المللی‌سازی (i18n): هنگام کار با بین‌المللی‌سازی، خواص می‌توانند اطمینان حاصل کنند که توابع به درستی با زبان‌های محلی (locales) مختلف کار می‌کنند. به عنوان مثال، هنگام قالب‌بندی اعداد یا تاریخ‌ها، می‌توانید خواصی مانند این را بررسی کنید: * عدد یا تاریخ قالب‌بندی شده برای زبان محلی مشخص شده به درستی قالب‌بندی شده است. * عدد یا تاریخ قالب‌بندی شده را می‌توان دوباره به مقدار اصلی خود تجزیه کرد و دقت را حفظ نمود.

مثال جهانی‌سازی (g11n): هنگام کار با ترجمه‌ها، خواص می‌توانند به حفظ سازگاری و دقت کمک کنند. برای مثال: * طول رشته ترجمه شده به طور معقولی به طول رشته اصلی نزدیک است (برای جلوگیری از انبساط یا کوتاه‌شدن بیش از حد). * رشته ترجمه شده حاوی همان جایگزین‌ها (placeholders) یا متغیرهای رشته اصلی است.

اشتباهات رایج که باید از آنها اجتناب کرد

• خواص بدیهی: از خواصی که همیشه درست هستند، صرف نظر از کدی که تست می‌شود، اجتناب کنید. این خواص هیچ اطلاعات معناداری ارائه نمی‌دهند.
• خواص بیش از حد پیچیده: از خواصی که درک یا تأیید آنها بسیار پیچیده است، اجتناب کنید. خواص پیچیده را به خواص کوچکتر و قابل مدیریت‌تر تقسیم کنید.
• نادیده گرفتن موارد مرزی: اطمینان حاصل کنید که خواص شما موارد مرزی و شرایط حدی بالقوه را پوشش می‌دهند.
• تفسیر نادرست مثال‌های نقض‌کننده: مثال‌های حداقلی شکست‌خورده ارائه شده توسط فریم‌ورک PBT را به دقت تجزیه و تحلیل کنید تا علت اصلی باگ را بفهمید. از نتیجه‌گیری عجولانه یا فرضیه‌سازی بپرهیزید.
• نگاه کردن به PBT به عنوان یک راه‌حل جادویی: PBT یک ابزار قدرتمند است، اما جایگزینی برای طراحی دقیق، بازبینی کد و سایر تکنیک‌های تست نیست. از PBT به عنوان بخشی از یک استراتژی تست جامع استفاده کنید.

نتیجه‌گیری

تست مبتنی بر خاصیت یک تکنیک ارزشمند برای بهبود کیفیت و قابلیت اطمینان کد جاوا اسکریپت شماست. با تعریف خواصی که رفتار مورد انتظار کد شما را توصیف می‌کنند و اجازه دادن به فریم‌ورک PBT برای تولید طیف گسترده‌ای از ورودی‌ها، می‌توانید باگ‌های پنهان و موارد مرزی را که ممکن بود با تست‌های واحد سنتی از دست بدهید، کشف کنید. کتابخانه‌هایی مانند jsverify و fast-check پیاده‌سازی PBT را در پروژه‌های جاوا اسکریپت شما آسان می‌کنند. PBT را به عنوان بخشی از استراتژی تست خود بپذیرید و از مزایای افزایش پوشش تست، بهبود کیفیت کد و کاهش هزینه‌های نگهداری بهره‌مند شوید. به یاد داشته باشید که بر تعریف خواص معنادار تمرکز کنید، موارد مرزی را در نظر بگیرید و مثال‌های شکست‌خورده را به دقت تجزیه و تحلیل کنید تا از این تکنیک قدرتمند بیشترین بهره را ببرید. با تمرین و تجربه، به یک استاد تست مبتنی بر خاصیت تبدیل خواهید شد و برنامه‌های جاوا اسکریپت قوی‌تر و قابل اعتمادتری خواهید ساخت.

منابع بیشتر

• مستندات jsverify
• مستندات fast-check
• Hypothesis (کتابخانه PBT پایتون) - مفاهیم در زبان‌های مختلف کاربرد دارند
• تست مبتنی بر خاصیت در جاوا اسکریپت (ویدئو)