Strategie Testowania w JavaScript: Implementacja Testów Opartych na Właściwościach

Testowanie jest integralną częścią tworzenia oprogramowania, zapewniającą niezawodność i solidność naszych aplikacji. Podczas gdy testy jednostkowe koncentrują się na konkretnych danych wejściowych i oczekiwanych wynikach, testowanie oparte na właściwościach (PBT) oferuje bardziej kompleksowe podejście, weryfikując, czy kod spełnia predefiniowane właściwości w szerokim zakresie automatycznie generowanych danych wejściowych. Ten wpis na blogu zagłębia się w świat testowania opartego na właściwościach w JavaScript, badając jego korzyści, techniki implementacji i popularne biblioteki.

Czym jest testowanie oparte na właściwościach?

Testowanie oparte na właściwościach, znane również jako testowanie generatywne, przenosi punkt ciężkości z testowania pojedynczych przykładów na weryfikację właściwości, które powinny być prawdziwe dla szerokiego zakresu danych wejściowych. Zamiast pisać testy, które sprawdzają konkretne wyniki dla konkretnych danych wejściowych, definiujesz właściwości opisujące oczekiwane zachowanie kodu. Framework PBT następnie generuje dużą liczbę losowych danych wejściowych i sprawdza, czy właściwości są prawdziwe dla wszystkich z nich. Jeśli właściwość zostanie naruszona, framework próbuje zmniejszyć dane wejściowe, aby znaleźć najmniejszy przykład powodujący błąd, ułatwiając debugowanie.

Wyobraź sobie, że testujesz funkcję sortującą. Zamiast testować ją na kilku ręcznie wybranych tablicach, możesz zdefiniować właściwość taką jak „Długość posortowanej tablicy jest równa długości oryginalnej tablicy” lub „Wszystkie elementy w posortowanej tablicy są większe lub równe poprzedniemu elementowi”. Framework PBT wygeneruje następnie liczne tablice o różnych rozmiarach i zawartości, zapewniając, że Twoja funkcja sortująca spełnia te właściwości w szerokim zakresie scenariuszy.

Zalety testowania opartego na właściwościach

• Zwiększone pokrycie testami: PBT bada znacznie szerszy zakres danych wejściowych niż tradycyjne testy jednostkowe, odkrywając przypadki brzegowe i nieoczekiwane scenariusze, których mogłeś nie wziąć pod uwagę ręcznie.
• Poprawiona jakość kodu: Definiowanie właściwości zmusza do głębszego przemyślenia zamierzonego zachowania kodu, co prowadzi do lepszego zrozumienia domeny problemu i bardziej solidnej implementacji.
• Zmniejszone koszty utrzymania: Testy oparte na właściwościach są bardziej odporne na zmiany w kodzie niż testy oparte na przykładach. Jeśli zrefaktoryzujesz kod, ale zachowasz te same właściwości, testy PBT nadal będą przechodzić, dając Ci pewność, że Twoje zmiany nie wprowadziły żadnych regresji.
• Łatwiejsze debugowanie: Gdy właściwość zawiedzie, framework PBT dostarcza minimalny przykład powodujący błąd, co ułatwia zidentyfikowanie głównej przyczyny błędu.
• Lepsza dokumentacja: Właściwości służą jako forma wykonywalnej dokumentacji, jasno określając oczekiwane zachowanie Twojego kodu.

Implementacja testów opartych na właściwościach w JavaScript

Kilka bibliotek JavaScript ułatwia testowanie oparte na właściwościach. Dwa popularne wybory to jsverify i fast-check. Zobaczmy, jak używać każdej z nich na praktycznych przykładach.

Używanie jsverify

jsverify to potężna i ugruntowana biblioteka do testowania opartego na właściwościach w JavaScript. Zapewnia bogaty zestaw generatorów do tworzenia losowych danych, a także wygodne API do definiowania i uruchamiania właściwości.

Instalacja:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

Przykład: Testowanie funkcji dodawania

Załóżmy, że mamy prostą funkcję dodawania:

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

              
                Copy
              
            
          

Możemy użyć jsverify, aby zdefiniować właściwość, która stwierdza, że dodawanie jest przemienne (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
              
            
          

W tym przykładzie:

• jsc.property definiuje właściwość z opisową nazwą.
• 'number', 'number' określają, że właściwość powinna być testowana z losowymi liczbami jako danymi wejściowymi dla a i b. jsverify zapewnia szeroki zakres wbudowanych generatorów dla różnych typów danych.
• Funkcja function(a, b) { ... } definiuje samą właściwość. Przyjmuje wygenerowane dane wejściowe a i b i zwraca true, jeśli właściwość jest spełniona, a w przeciwnym razie false.

Gdy uruchomisz ten test, jsverify wygeneruje setki losowych par liczb i sprawdzi, czy właściwość przemienności jest prawdziwa dla wszystkich z nich. Jeśli znajdzie kontrprzykład, zgłosi błędne dane wejściowe i spróbuje je zmniejszyć do minimalnego przykładu.

Bardziej złożony przykład: Testowanie funkcji odwracania ciągu znaków

Oto funkcja odwracania ciągu znaków:

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

              
                Copy
              
            
          

Możemy zdefiniować właściwość, która mówi, że dwukrotne odwrócenie ciągu znaków powinno zwrócić oryginalny ciąg:

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

            

              
                Copy
              
            
          

jsverify wygeneruje losowe ciągi znaków o różnej długości i zawartości i sprawdzi, czy ta właściwość jest prawdziwa dla wszystkich z nich.

Używanie fast-check

fast-check to kolejna doskonała biblioteka do testowania opartego na właściwościach dla JavaScript. Jest znana ze swojej wydajności i skupienia na dostarczaniu płynnego API do definiowania generatorów i właściwości.

Instalacja:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

Przykład: Testowanie funkcji dodawania

Używając tej samej funkcji dodawania co wcześniej:

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

              
                Copy
              
            
          

Możemy zdefiniować właściwość przemienności za pomocą 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
              
            
          

W tym przykładzie:

• fc.assert uruchamia test oparty na właściwościach.
• fc.property definiuje właściwość.
• fc.integer() określa, że właściwość powinna być testowana z losowymi liczbami całkowitymi jako danymi wejściowymi dla a i b. fast-check również zapewnia szeroki zakres wbudowanych arbitraries (generatorów).
• Wyrażenie lambda (a, b) => { ... } definiuje samą właściwość.

Bardziej złożony przykład: Testowanie funkcji odwracania ciągu znaków

Używając tej samej funkcji odwracania ciągu znaków co wcześniej:

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

              
                Copy
              
            
          

Możemy zdefiniować właściwość podwójnego odwrócenia za pomocą fast-check:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Wybór między jsverify a fast-check

Zarówno jsverify, jak i fast-check to doskonałe wybory do testowania opartego na właściwościach w JavaScript. Oto krótkie porównanie, które pomoże Ci wybrać odpowiednią bibliotekę dla Twojego projektu:

• jsverify: Ma dłuższą historię i bogatszą kolekcję wbudowanych generatorów. Może być dobrym wyborem, jeśli potrzebujesz konkretnych generatorów, które nie są dostępne w fast-check, lub jeśli wolisz bardziej deklaratywny styl.
• fast-check: Znany z wydajności i płynnego API. Może być lepszym wyborem, jeśli wydajność jest kluczowa, lub jeśli wolisz bardziej zwięzły i wyrazisty styl. Jego zdolności do minimalizacji (shrinking) są również uważane za bardzo dobre.

Ostatecznie najlepszy wybór zależy od Twoich konkretnych potrzeb i preferencji. Warto poeksperymentować z obiema bibliotekami, aby zobaczyć, którą z nich uznasz za bardziej komfortową i skuteczną.

Strategie pisania skutecznych testów opartych na właściwościach

Pisanie skutecznych testów opartych na właściwościach wymaga innego sposobu myślenia niż pisanie tradycyjnych testów jednostkowych. Oto kilka strategii, które pomogą Ci w pełni wykorzystać PBT:

• Skup się na właściwościach, nie na przykładach: Myśl o fundamentalnych właściwościach, które Twój kod powinien spełniać, zamiast skupiać się na konkretnych parach wejście-wyjście.
• Zaczynaj od prostych: Zacznij od prostych właściwości, które są łatwe do zrozumienia i weryfikacji. W miarę nabierania pewności siebie, możesz dodawać bardziej złożone właściwości.
• Używaj opisowych nazw: Nadawaj swoim właściwościom opisowe nazwy, które jasno wyjaśniają, co testują.
• Rozważ przypadki brzegowe: Chociaż PBT automatycznie generuje szeroki zakres danych wejściowych, wciąż ważne jest, aby rozważyć potencjalne przypadki brzegowe i upewnić się, że Twoje właściwości je obejmują. Możesz używać technik takich jak właściwości warunkowe do obsługi specjalnych przypadków.
• Minimalizuj przykłady powodujące błąd: Gdy właściwość zawiedzie, zwróć uwagę na minimalny przykład powodujący błąd dostarczony przez framework PBT. Ten przykład często dostarcza cennych wskazówek na temat głównej przyczyny błędu.
• Połącz z testami jednostkowymi: PBT nie zastępuje testów jednostkowych, ale je uzupełnia. Używaj testów jednostkowych do weryfikacji konkretnych scenariuszy i przypadków brzegowych, a PBT do zapewnienia, że Twój kod spełnia ogólne właściwości w szerokim zakresie danych wejściowych.
• Granularność właściwości: Rozważ granularność swoich właściwości. Zbyt szerokie, a błąd może być trudny do zdiagnozowania. Zbyt wąskie, a w praktyce piszesz testy jednostkowe. Kluczem jest znalezienie właściwej równowagi.

Zaawansowane techniki testowania opartego na właściwościach

Gdy już opanujesz podstawy testowania opartego na właściwościach, możesz zbadać niektóre zaawansowane techniki, aby jeszcze bardziej ulepszyć swoją strategię testowania:

• Właściwości warunkowe: Używaj właściwości warunkowych do testowania zachowań, które mają zastosowanie tylko w określonych warunkach. Na przykład, możesz chcieć przetestować właściwość, która ma zastosowanie tylko wtedy, gdy dane wejściowe są liczbą dodatnią.
• Niestandardowe generatory: Twórz niestandardowe generatory do generowania danych specyficznych dla domeny Twojej aplikacji. Pozwala to testować kod z bardziej realistycznymi i trafnymi danymi wejściowymi.
• Testowanie stanowe: Używaj technik testowania stanowego do weryfikacji zachowania systemów stanowych, takich jak maszyny stanów skończonych lub aplikacje reaktywne. Polega to na definiowaniu właściwości opisujących, jak stan systemu powinien się zmieniać w odpowiedzi na różne działania.
• Testowanie integracyjne: Chociaż PBT jest używane głównie do testów jednostkowych, jego zasady można zastosować do testów integracyjnych. Zdefiniuj właściwości, które powinny być prawdziwe w różnych modułach lub komponentach Twojej aplikacji.
• Fuzzing: Testowanie oparte na właściwościach może być używane jako forma fuzzingu, w której generujesz losowe, potencjalnie nieprawidłowe dane wejściowe w celu odkrycia luk w zabezpieczeniach lub nieoczekiwanego zachowania.

Przykłady z różnych dziedzin

Testowanie oparte na właściwościach można stosować w wielu różnych dziedzinach. Oto kilka przykładów:

• Funkcje matematyczne: Testuj właściwości takie jak przemienność, łączność i rozdzielność dla operacji matematycznych.
• Struktury danych: Weryfikuj właściwości takie jak zachowanie porządku w posortowanej liście lub prawidłowa liczba elementów w kolekcji.
• Manipulacja ciągami znaków: Testuj właściwości takie jak odwracanie ciągów znaków, poprawność dopasowania wyrażeń regularnych czy ważność parsowania adresów URL.
• Integracje API: Weryfikuj właściwości takie jak idempotencja wywołań API lub spójność danych między różnymi systemami.
• Aplikacje internetowe: Testuj właściwości takie jak poprawność walidacji formularzy lub dostępność stron internetowych. Na przykład sprawdzanie, czy wszystkie obrazy mają tekst alternatywny.
• Tworzenie gier: Testuj właściwości takie jak przewidywalne zachowanie fizyki gry, poprawny mechanizm punktacji czy sprawiedliwa dystrybucja losowo generowanej zawartości. Rozważ testowanie podejmowania decyzji przez AI w różnych scenariuszach.
• Aplikacje finansowe: Testowanie, czy aktualizacje salda są zawsze dokładne po różnych typach transakcji (wpłaty, wypłaty, przelewy) jest kluczowe w systemach finansowych. Właściwości egzekwowałyby, że całkowita wartość jest zachowana i poprawnie przypisana.

Przykład internacjonalizacji (i18n): W przypadku internacjonalizacji, właściwości mogą zapewnić, że funkcje poprawnie obsługują różne lokalizacje. Na przykład, podczas formatowania liczb lub dat, można sprawdzić takie właściwości jak: * Sformatowana liczba lub data jest poprawnie sformatowana dla określonej lokalizacji. * Sformatowaną liczbę lub datę można z powrotem sparsować do jej oryginalnej wartości, zachowując dokładność.

Przykład globalizacji (g11n): Podczas pracy z tłumaczeniami, właściwości mogą pomóc w utrzymaniu spójności i dokładności. Na przykład: * Długość przetłumaczonego ciągu znaków jest rozsądnie zbliżona do długości oryginalnego ciągu (aby uniknąć nadmiernego rozszerzenia lub skrócenia). * Przetłumaczony ciąg znaków zawiera te same symbole zastępcze lub zmienne co oryginalny ciąg.

Częste pułapki do uniknięcia

• Trywialne właściwości: Unikaj właściwości, które są zawsze prawdziwe, niezależnie od testowanego kodu. Takie właściwości nie dostarczają żadnych znaczących informacji.
• Zbyt złożone właściwości: Unikaj właściwości, które są zbyt skomplikowane do zrozumienia lub weryfikacji. Podziel złożone właściwości na mniejsze, bardziej zarządzalne.
• Ignorowanie przypadków brzegowych: Upewnij się, że Twoje właściwości obejmują potencjalne przypadki brzegowe i warunki graniczne.
• Błędna interpretacja kontrprzykładów: Dokładnie analizuj minimalne przykłady powodujące błąd dostarczone przez framework PBT, aby zrozumieć przyczynę błędu. Nie wyciągaj pochopnych wniosków ani nie rób założeń.
• Traktowanie PBT jako złotego środka: PBT to potężne narzędzie, ale nie zastępuje starannego projektowania, przeglądów kodu i innych technik testowania. Używaj PBT jako części kompleksowej strategii testowania.

Podsumowanie

Testowanie oparte na właściwościach to cenna technika poprawy jakości i niezawodności Twojego kodu JavaScript. Definiując właściwości, które opisują oczekiwane zachowanie kodu i pozwalając frameworkowi PBT generować szeroki zakres danych wejściowych, możesz odkryć ukryte błędy i przypadki brzegowe, które mogłyby zostać pominięte w tradycyjnych testach jednostkowych. Biblioteki takie jak jsverify i fast-check ułatwiają implementację PBT w Twoich projektach JavaScript. Włącz PBT do swojej strategii testowania i ciesz się korzyściami płynącymi ze zwiększonego pokrycia testami, poprawionej jakości kodu i zmniejszonych kosztów utrzymania. Pamiętaj, aby skupić się na definiowaniu znaczących właściwości, rozważać przypadki brzegowe i dokładnie analizować przykłady powodujące błędy, aby w pełni wykorzystać tę potężną technikę. Z praktyką i doświadczeniem staniesz się mistrzem testowania opartego na właściwościach i będziesz tworzyć bardziej solidne i niezawodne aplikacje JavaScript.

Dalsze zasoby

• Dokumentacja jsverify
• Dokumentacja fast-check
• Hypothesis (Biblioteka PBT dla Pythona) - Koncepcje mają zastosowanie w różnych językach
• Testowanie oparte na właściwościach w JavaScript (Wideo)