JavaScript Teststrategieën: Implementatie van Property-Based Testing

Testen is een integraal onderdeel van softwareontwikkeling en zorgt voor de betrouwbaarheid en robuustheid van onze applicaties. Terwijl unit tests zich richten op specifieke inputs en verwachte outputs, biedt property-based testing (PBT) een meer uitgebreide aanpak door te verifiëren dat uw code voldoet aan vooraf gedefinieerde eigenschappen over een breed scala aan automatisch gegenereerde inputs. Deze blogpost duikt in de wereld van property-based testing in JavaScript en verkent de voordelen, implementatietechnieken en populaire bibliotheken.

Wat is Property-Based Testing?

Property-based testing, ook bekend als generatief testen, verlegt de focus van het testen van individuele voorbeelden naar het verifiëren van eigenschappen die waar zouden moeten zijn voor een reeks inputs. In plaats van tests te schrijven die specifieke outputs voor specifieke inputs bevestigen, definieert u eigenschappen die het verwachte gedrag van uw code beschrijven. Het PBT-framework genereert vervolgens een groot aantal willekeurige inputs en controleert of de eigenschappen voor allemaal waar zijn. Als een eigenschap wordt geschonden, probeert het framework de input te verkleinen om het kleinste falende voorbeeld te vinden, wat het debuggen vergemakkelijkt.

Stel u voor dat u een sorteerfunctie test. In plaats van te testen met een paar handgekozen arrays, kunt u een eigenschap definiëren zoals "De lengte van de gesorteerde array is gelijk aan de lengte van de oorspronkelijke array" of "Alle elementen in de gesorteerde array zijn groter dan of gelijk aan het vorige element." Het PBT-framework genereert dan talloze arrays van verschillende groottes en inhoud, en zorgt ervoor dat uw sorteerfunctie aan deze eigenschappen voldoet in een breed scala aan scenario's.

Voordelen van Property-Based Testing

• Verhoogde Testdekking: PBT verkent een veel breder scala aan inputs dan traditionele unit tests, en ontdekt randgevallen en onverwachte scenario's die u misschien niet handmatig had overwogen.
• Verbeterde Codekwaliteit: Het definiëren van eigenschappen dwingt u om dieper na te denken over het beoogde gedrag van uw code, wat leidt tot een beter begrip van het probleemgebied en een robuustere implementatie.
• Lagere Onderhoudskosten: Property-based tests zijn veerkrachtiger tegen codewijzigingen dan op voorbeelden gebaseerde tests. Als u uw code refactort maar dezelfde eigenschappen behoudt, zullen de PBT-tests blijven slagen, wat u vertrouwen geeft dat uw wijzigingen geen regressies hebben geïntroduceerd.
• Eenvoudiger Debuggen: Wanneer een eigenschap faalt, levert het PBT-framework een minimaal falend voorbeeld, waardoor het gemakkelijker wordt om de hoofdoorzaak van de bug te identificeren.
• Betere Documentatie: Eigenschappen dienen als een vorm van uitvoerbare documentatie, die het verwachte gedrag van uw code duidelijk beschrijft.

Implementatie van Property-Based Testing in JavaScript

Verschillende JavaScript-bibliotheken faciliteren property-based testing. Twee populaire keuzes zijn jsverify en fast-check. Laten we met praktische voorbeelden bekijken hoe we ze kunnen gebruiken.

Gebruik van jsverify

jsverify is een krachtige en gevestigde bibliotheek voor property-based testing in JavaScript. Het biedt een rijke set van generatoren voor het creëren van willekeurige data, evenals een handige API voor het definiëren en uitvoeren van eigenschappen.

Installatie:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

Voorbeeld: Een optelfunctie testen

Stel, we hebben een eenvoudige optelfunctie:

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

              
                Copy
              
            
          

We kunnen jsverify gebruiken om een eigenschap te definiëren die stelt dat optellen commutatief is (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 dit voorbeeld:

• jsc.property definieert een eigenschap met een beschrijvende naam.
• 'number', 'number' specificeren dat de eigenschap getest moet worden met willekeurige getallen als inputs voor a en b. jsverify biedt een breed scala aan ingebouwde generatoren voor verschillende datatypes.
• De functie function(a, b) { ... } definieert de eigenschap zelf. Het neemt de gegenereerde inputs a en b en retourneert true als de eigenschap geldt, en anders false.

Wanneer u deze test uitvoert, zal jsverify honderden willekeurige getallenparen genereren en controleren of de commutatieve eigenschap voor allemaal waar is. Als het een tegenvoorbeeld vindt, zal het de falende input rapporteren en proberen deze te verkleinen tot een minimaal voorbeeld.

Complexer Voorbeeld: Een functie voor het omkeren van een string testen

Hier is een functie voor het omkeren van een string:

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

              
                Copy
              
            
          

We kunnen een eigenschap definiëren die stelt dat het twee keer omkeren van een string de oorspronkelijke string moet retourneren:

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

            

              
                Copy
              
            
          

jsverify zal willekeurige strings van verschillende lengtes en inhoud genereren en controleren of deze eigenschap voor allemaal waar is.

Gebruik van fast-check

fast-check is een andere uitstekende property-based testing bibliotheek voor JavaScript. Het staat bekend om zijn prestaties en zijn focus op het bieden van een vloeiende API voor het definiëren van generatoren en eigenschappen.

Installatie:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

Voorbeeld: Een optelfunctie testen

Gebruikmakend van dezelfde optelfunctie als voorheen:

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

              
                Copy
              
            
          

We kunnen de commutatieve eigenschap definiëren met 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
              
            
          

In dit voorbeeld:

• fc.assert voert de property-based test uit.
• fc.property definieert de eigenschap.
• fc.integer() specificeert dat de eigenschap getest moet worden met willekeurige gehele getallen als inputs voor a en b. fast-check biedt ook een breed scala aan ingebouwde 'arbitraries' (generatoren).
• De lambda-expressie (a, b) => { ... } definieert de eigenschap zelf.

Complexer Voorbeeld: Een functie voor het omkeren van een string testen

Gebruikmakend van dezelfde functie voor het omkeren van een string als voorheen:

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

              
                Copy
              
            
          

We kunnen de dubbele omkeereigenschap definiëren met fast-check:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Kiezen tussen jsverify en fast-check

Zowel jsverify als fast-check zijn uitstekende keuzes voor property-based testing in JavaScript. Hier is een korte vergelijking om u te helpen de juiste bibliotheek voor uw project te kiezen:

• jsverify: Heeft een langere geschiedenis en een uitgebreidere verzameling ingebouwde generatoren. Het kan een goede keuze zijn als u specifieke generatoren nodig heeft die niet beschikbaar zijn in fast-check, of als u een meer declaratieve stijl verkiest.
• fast-check: Bekend om zijn prestaties en zijn vloeiende API. Het kan een betere keuze zijn als prestaties cruciaal zijn, of als u een beknoptere en expressievere stijl verkiest. De 'shrinking'-mogelijkheden worden ook als zeer goed beschouwd.

Uiteindelijk hangt de beste keuze af van uw specifieke behoeften en voorkeuren. Het is de moeite waard om met beide bibliotheken te experimenteren om te zien welke u comfortabeler en effectiever vindt.

Strategieën voor het Schrijven van Effectieve Property-Based Tests

Het schrijven van effectieve property-based tests vereist een andere denkwijze dan het schrijven van traditionele unit tests. Hier zijn enkele strategieën om u te helpen het meeste uit PBT te halen:

• Focus op Eigenschappen, Niet op Voorbeelden: Denk na over de fundamentele eigenschappen waaraan uw code moet voldoen, in plaats van u te richten op specifieke input-output paren.
• Begin Eenvoudig: Begin met eenvoudige eigenschappen die gemakkelijk te begrijpen en te verifiëren zijn. Naarmate u meer vertrouwen krijgt, kunt u complexere eigenschappen toevoegen.
• Gebruik Beschrijvende Namen: Geef uw eigenschappen beschrijvende namen die duidelijk uitleggen wat ze testen.
• Houd Rekening met Randgevallen: Hoewel PBT automatisch een breed scala aan inputs genereert, is het nog steeds belangrijk om rekening te houden met mogelijke randgevallen en ervoor te zorgen dat uw eigenschappen deze dekken. U kunt technieken zoals conditionele eigenschappen gebruiken om speciale gevallen te behandelen.
• Verklein Falende Voorbeelden: Wanneer een eigenschap faalt, let dan op het minimale falende voorbeeld dat door het PBT-framework wordt geleverd. Dit voorbeeld geeft vaak waardevolle aanwijzingen over de hoofdoorzaak van de bug.
• Combineer met Unit Tests: PBT is geen vervanging voor unit tests, maar eerder een aanvulling daarop. Gebruik unit tests om specifieke scenario's en randgevallen te verifiëren, en gebruik PBT om ervoor te zorgen dat uw code voldoet aan algemene eigenschappen over een breed scala aan inputs.
• Granulariteit van Eigenschappen: Overweeg de granulariteit van uw eigenschappen. Te breed, en een fout kan moeilijk te diagnosticeren zijn. Te smal, en u schrijft in feite unit tests. Het vinden van de juiste balans is essentieel.

Geavanceerde Technieken voor Property-Based Testing

Zodra u vertrouwd bent met de basisprincipes van property-based testing, kunt u enkele geavanceerde technieken verkennen om uw teststrategie verder te verbeteren:

• Conditionele Eigenschappen: Gebruik conditionele eigenschappen om gedrag te testen dat alleen onder bepaalde voorwaarden van toepassing is. U wilt bijvoorbeeld een eigenschap testen die alleen geldt wanneer de input een positief getal is.
• Aangepaste Generatoren: Maak aangepaste generatoren om data te genereren die specifiek is voor uw toepassingsdomein. Hiermee kunt u uw code testen met meer realistische en relevante inputs.
• Stateful Testing: Gebruik stateful testing technieken om het gedrag van stateful systemen, zoals eindige-toestandsautomaten of reactieve applicaties, te verifiëren. Dit omvat het definiëren van eigenschappen die beschrijven hoe de toestand van het systeem moet veranderen als reactie op verschillende acties.
• Integratietesten: Hoewel voornamelijk gebruikt voor unit testing, kunnen PBT-principes worden toegepast op integratietests. Definieer eigenschappen die waar moeten zijn over verschillende modules of componenten van uw applicatie.
• Fuzzing: Property-based testing kan worden gebruikt als een vorm van fuzzing, waarbij u willekeurige, potentieel ongeldige inputs genereert om beveiligingskwetsbaarheden of onverwacht gedrag te ontdekken.

Voorbeelden uit Verschillende Domeinen

Property-based testing kan worden toegepast op een grote verscheidenheid aan domeinen. Hier zijn enkele voorbeelden:

• Wiskundige Functies: Test eigenschappen zoals commutativiteit, associativiteit en distributiviteit voor wiskundige bewerkingen.
• Datastructuren: Verifieer eigenschappen zoals het behoud van de volgorde in een gesorteerde lijst of het juiste aantal elementen in een verzameling.
• Stringmanipulatie: Test eigenschappen zoals het omkeren van strings, de correctheid van reguliere expressie-matching, of de geldigheid van URL-parsing.
• API-integraties: Verifieer eigenschappen zoals de idempotentie van API-aanroepen of de consistentie van data tussen verschillende systemen.
• Webapplicaties: Test eigenschappen zoals de correctheid van formuliervalidatie of de toegankelijkheid van webpagina's. Bijvoorbeeld, controleren of alle afbeeldingen alt-tekst hebben.
• Spelontwikkeling: Test eigenschappen zoals het voorspelbare gedrag van de spelfysica, het correcte scoremechanisme, of de eerlijke verdeling van willekeurig gegenereerde inhoud. Overweeg het testen van AI-besluitvorming onder verschillende scenario's.
• Financiële Applicaties: Testen dat saldo-updates altijd accuraat zijn na verschillende soorten transacties (stortingen, opnames, overschrijvingen) is cruciaal in financiële systemen. Eigenschappen zouden afdwingen dat de totale waarde behouden blijft en correct wordt toegeschreven.

Internationalisatie (i18n) Voorbeeld: Bij het omgaan met internationalisatie kunnen eigenschappen ervoor zorgen dat functies verschillende locales correct behandelen. Bij het formatteren van getallen of datums kunt u bijvoorbeeld eigenschappen controleren zoals: * Het geformatteerde getal of de datum is correct geformatteerd voor de opgegeven locale. * Het geformatteerde getal of de datum kan worden teruggeparsed naar de oorspronkelijke waarde, met behoud van nauwkeurigheid.

Globalisatie (g11n) Voorbeeld: Bij het werken met vertalingen kunnen eigenschappen helpen om consistentie en nauwkeurigheid te behouden. Bijvoorbeeld: * De lengte van de vertaalde string ligt redelijk dicht bij de lengte van de oorspronkelijke string (om overmatige uitbreiding of afkapping te voorkomen). * De vertaalde string bevat dezelfde placeholders of variabelen als de oorspronkelijke string.

Veelvoorkomende Valkuilen om te Vermijden

• Triviale Eigenschappen: Vermijd eigenschappen die altijd waar zijn, ongeacht de code die wordt getest. Deze eigenschappen bieden geen zinvolle informatie.
• Te Complexe Eigenschappen: Vermijd eigenschappen die te complex zijn om te begrijpen of te verifiëren. Breek complexe eigenschappen op in kleinere, beter beheersbare eigenschappen.
• Randgevallen Negeren: Zorg ervoor dat uw eigenschappen mogelijke randgevallen en grensvoorwaarden dekken.
• Tegenvoorbeelden Verkeerd Interpreteren: Analyseer zorgvuldig de minimale falende voorbeelden die door het PBT-framework worden geleverd om de hoofdoorzaak van de bug te begrijpen. Trek geen overhaaste conclusies of maak geen aannames.
• PBT als een Tovermiddel Behandelen: PBT is een krachtig hulpmiddel, maar het is geen vervanging voor zorgvuldig ontwerp, code-reviews en andere testtechnieken. Gebruik PBT als onderdeel van een uitgebreide teststrategie.

Conclusie

Property-based testing is een waardevolle techniek voor het verbeteren van de kwaliteit en betrouwbaarheid van uw JavaScript-code. Door eigenschappen te definiëren die het verwachte gedrag van uw code beschrijven en het PBT-framework een breed scala aan inputs te laten genereren, kunt u verborgen bugs en randgevallen ontdekken die u met traditionele unit tests misschien had gemist. Bibliotheken zoals jsverify en fast-check maken het eenvoudig om PBT in uw JavaScript-projecten te implementeren. Omarm PBT als onderdeel van uw teststrategie en profiteer van de voordelen van verhoogde testdekking, verbeterde codekwaliteit en lagere onderhoudskosten. Vergeet niet om u te concentreren op het definiëren van zinvolle eigenschappen, rekening te houden met randgevallen en falende voorbeelden zorgvuldig te analyseren om het meeste uit deze krachtige techniek te halen. Met oefening en ervaring wordt u een meester in property-based testing en bouwt u robuustere en betrouwbaardere JavaScript-applicaties.

Verdere Bronnen

• jsverify Documentatie
• fast-check Documentatie
• Hypothesis (Python PBT-bibliotheek) - De concepten zijn van toepassing op verschillende talen
• Property-Based Testing in JavaScript (Video)