Стратегии тестирования JavaScript: реализация тестирования на основе свойств

Тестирование — неотъемлемая часть разработки программного обеспечения, обеспечивающая надёжность и устойчивость наших приложений. В то время как модульные тесты фокусируются на конкретных входных данных и ожидаемых результатах, тестирование на основе свойств (PBT) предлагает более комплексный подход, проверяя, что ваш код соответствует предопределённым свойствам для широкого спектра автоматически генерируемых входных данных. Этот пост в блоге погружает в мир тестирования на основе свойств в JavaScript, исследуя его преимущества, методы реализации и популярные библиотеки.

Что такое тестирование на основе свойств?

Тестирование на основе свойств, также известное как генеративное тестирование, смещает фокус с тестирования отдельных примеров на проверку свойств, которые должны оставаться верными для целого ряда входных данных. Вместо написания тестов, утверждающих конкретные результаты для конкретных входных данных, вы определяете свойства, описывающие ожидаемое поведение вашего кода. Затем фреймворк PBT генерирует большое количество случайных входных данных и проверяет, соблюдаются ли свойства для всех из них. Если свойство нарушается, фреймворк пытается сократить входные данные, чтобы найти наименьший неудачный пример, что облегчает отладку.

Представьте, что вы тестируете функцию сортировки. Вместо того чтобы тестировать её с несколькими подобранными вручную массивами, вы можете определить свойство, например: «Длина отсортированного массива равна длине исходного массива» или «Все элементы в отсортированном массиве больше или равны предыдущему элементу». Затем фреймворк PBT сгенерирует множество массивов различных размеров и содержимого, гарантируя, что ваша функция сортировки удовлетворяет этим свойствам в широком диапазоне сценариев.

Преимущества тестирования на основе свойств

• Увеличение покрытия тестами: PBT исследует гораздо более широкий диапазон входных данных, чем традиционные модульные тесты, выявляя крайние случаи и неожиданные сценарии, которые вы могли бы не учесть вручную.
• Улучшение качества кода: Определение свойств заставляет вас глубже задуматься о предполагаемом поведении вашего кода, что ведёт к лучшему пониманию предметной области и более надёжной реализации.
• Снижение затрат на поддержку: Тесты на основе свойств более устойчивы к изменениям кода, чем тесты на основе примеров. Если вы рефакторите свой код, но сохраняете те же свойства, PBT-тесты продолжат проходить, давая вам уверенность, что ваши изменения не привели к регрессиям.
• Упрощение отладки: Когда свойство не выполняется, фреймворк PBT предоставляет минимальный неудачный пример, что упрощает определение основной причины ошибки.
• Улучшение документации: Свойства служат формой исполняемой документации, чётко описывая ожидаемое поведение вашего кода.

Реализация тестирования на основе свойств в JavaScript

Несколько библиотек JavaScript облегчают тестирование на основе свойств. Два популярных выбора — это jsverify и fast-check. Давайте рассмотрим, как использовать каждую из них на практических примерах.

Использование jsverify

jsverify — это мощная и хорошо зарекомендовавшая себя библиотека для тестирования на основе свойств в JavaScript. Она предоставляет богатый набор генераторов для создания случайных данных, а также удобный API для определения и запуска свойств.

Установка:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

Пример: тестирование функции сложения

Допустим, у нас есть простая функция сложения:

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

              
                Copy
              
            
          

Мы можем использовать jsverify для определения свойства, утверждающего, что сложение коммутативно (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
              
            
          

В этом примере:

• jsc.property определяет свойство с описательным именем.
• 'number', 'number' указывают, что свойство должно быть протестировано со случайными числами в качестве входных данных для a и b. jsverify предоставляет широкий спектр встроенных генераторов для различных типов данных.
• Функция function(a, b) { ... } определяет само свойство. Она принимает сгенерированные входные данные a и b и возвращает true, если свойство выполняется, и false в противном случае.

Когда вы запустите этот тест, jsverify сгенерирует сотни пар случайных чисел и проверит, выполняется ли для всех них свойство коммутативности. Если он найдет контрпример, он сообщит о провальных входных данных и попытается сократить их до минимального примера.

Более сложный пример: тестирование функции разворота строки

Вот функция для разворота строки:

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

              
                Copy
              
            
          

Мы можем определить свойство, которое утверждает, что двойной разворот строки должен возвращать исходную строку:

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

            

              
                Copy
              
            
          

jsverify сгенерирует случайные строки различной длины и содержания и проверит, выполняется ли это свойство для всех из них.

Использование fast-check

fast-check — это еще одна отличная библиотека для тестирования на основе свойств для JavaScript. Она известна своей производительностью и фокусом на предоставлении гибкого API для определения генераторов и свойств.

Установка:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

Пример: тестирование функции сложения

Используя ту же функцию сложения, что и раньше:

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

              
                Copy
              
            
          

Мы можем определить свойство коммутативности с помощью 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
              
            
          

В этом примере:

• fc.assert запускает тест на основе свойств.
• fc.property определяет свойство.
• fc.integer() указывает, что свойство должно быть протестировано со случайными целыми числами в качестве входных данных для a и b. fast-check также предоставляет широкий спектр встроенных арбитров (генераторов).
• Лямбда-выражение (a, b) => { ... } определяет само свойство.

Более сложный пример: тестирование функции разворота строки

Используя ту же функцию разворота строки, что и раньше:

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

              
                Copy
              
            
          

Мы можем определить свойство двойного разворота с помощью fast-check:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Выбор между jsverify и fast-check

И jsverify, и fast-check являются отличным выбором для тестирования на основе свойств в JavaScript. Вот краткое сравнение, которое поможет вам выбрать подходящую библиотеку для вашего проекта:

• jsverify: Имеет более долгую историю и более обширную коллекцию встроенных генераторов. Это может быть хорошим выбором, если вам нужны специфические генераторы, недоступные в fast-check, или если вы предпочитаете более декларативный стиль.
• fast-check: Известен своей производительностью и гибким API. Это может быть лучшим выбором, если производительность критически важна, или если вы предпочитаете более лаконичный и выразительный стиль. Его возможности по сокращению (shrinking) также считаются очень хорошими.

В конечном итоге, лучший выбор зависит от ваших конкретных потребностей и предпочтений. Стоит поэкспериментировать с обеими библиотеками, чтобы увидеть, какая из них покажется вам более удобной и эффективной.

Стратегии написания эффективных тестов на основе свойств

Написание эффективных тестов на основе свойств требует иного мышления, чем написание традиционных модульных тестов. Вот несколько стратегий, которые помогут вам извлечь максимальную пользу из PBT:

• Фокусируйтесь на свойствах, а не на примерах: Думайте о фундаментальных свойствах, которым должен удовлетворять ваш код, а не сосредотачивайтесь на конкретных парах «вход-выход».
• Начинайте с простого: Начните с простых свойств, которые легко понять и проверить. По мере обретения уверенности вы сможете добавлять более сложные свойства.
• Используйте описательные имена: Давайте вашим свойствам описательные имена, которые чётко объясняют, что они тестируют.
• Учитывайте крайние случаи: Хотя PBT автоматически генерирует широкий диапазон входных данных, всё же важно учитывать потенциальные крайние случаи и убедиться, что ваши свойства их покрывают. Вы можете использовать такие техники, как условные свойства, для обработки особых случаев.
• Сокращайте неудачные примеры: Когда свойство не выполняется, обратите внимание на минимальный неудачный пример, предоставленный фреймворком PBT. Этот пример часто даёт ценные подсказки об основной причине ошибки.
• Сочетайте с модульными тестами: PBT не заменяет модульные тесты, а скорее дополняет их. Используйте модульные тесты для проверки конкретных сценариев и крайних случаев, а PBT — для обеспечения того, чтобы ваш код удовлетворял общим свойствам в широком диапазоне входных данных.
• Гранулярность свойств: Учитывайте гранулярность ваших свойств. Слишком широкое свойство может затруднить диагностику сбоя. Слишком узкое — и вы, по сути, пишете модульные тесты. Ключ в том, чтобы найти правильный баланс.

Продвинутые техники тестирования на основе свойств

Когда вы освоитесь с основами тестирования на основе свойств, вы можете изучить некоторые продвинутые техники для дальнейшего улучшения вашей стратегии тестирования:

• Условные свойства: Используйте условные свойства для тестирования поведения, которое применяется только при определённых условиях. Например, вы можете захотеть проверить свойство, которое применяется только тогда, когда входные данные являются положительным числом.
• Пользовательские генераторы: Создавайте пользовательские генераторы для генерации данных, специфичных для вашей прикладной области. Это позволяет тестировать ваш код с более реалистичными и релевантными входными данными.
• Тестирование с состоянием: Используйте техники тестирования с состоянием для проверки поведения систем с состоянием, таких как конечные автоматы или реактивные приложения. Это включает в себя определение свойств, которые описывают, как состояние системы должно изменяться в ответ на различные действия.
• Интеграционное тестирование: Хотя PBT в основном используется для модульного тестирования, его принципы могут быть применены и к интеграционным тестам. Определите свойства, которые должны оставаться верными для различных модулей или компонентов вашего приложения.
• Фаззинг (Fuzzing): Тестирование на основе свойств можно использовать как форму фаззинга, когда вы генерируете случайные, потенциально неверные входные данные для выявления уязвимостей безопасности или неожиданного поведения.

Примеры в различных областях

Тестирование на основе свойств может быть применено к широкому спектру областей. Вот несколько примеров:

• Математические функции: Тестирование таких свойств, как коммутативность, ассоциативность и дистрибутивность для математических операций.
• Структуры данных: Проверка таких свойств, как сохранение порядка в отсортированном списке или правильное количество элементов в коллекции.
• Обработка строк: Тестирование таких свойств, как разворот строк, корректность сопоставления с регулярными выражениями или валидность парсинга URL.
• Интеграции с API: Проверка таких свойств, как идемпотентность вызовов API или согласованность данных между различными системами.
• Веб-приложения: Тестирование таких свойств, как корректность валидации форм или доступность веб-страниц. Например, проверка того, что все изображения имеют альтернативный текст.
• Разработка игр: Тестирование таких свойств, как предсказуемое поведение игровой физики, правильный механизм подсчёта очков или справедливое распределение случайно сгенерированного контента. Рассмотрите тестирование принятия решений ИИ в различных сценариях.
• Финансовые приложения: Тестирование того, что обновления баланса всегда точны после различных типов транзакций (депозиты, снятия, переводы), имеет решающее значение в финансовых системах. Свойства будут обеспечивать сохранение и правильное распределение общей стоимости.

Пример интернационализации (i18n): При работе с интернационализацией свойства могут гарантировать, что функции правильно обрабатывают различные локали. Например, при форматировании чисел или дат вы можете проверить такие свойства, как: * Отформатированное число или дата правильно отформатированы для указанной локали. * Отформатированное число или дата могут быть преобразованы обратно в исходное значение с сохранением точности.

Пример глобализации (g11n): При работе с переводами свойства могут помочь поддерживать согласованность и точность. Например: * Длина переведённой строки разумно близка к длине исходной строки (чтобы избежать чрезмерного расширения или усечения). * Переведённая строка содержит те же заполнители или переменные, что и исходная строка.

Распространённые ошибки, которых следует избегать

• Тривиальные свойства: Избегайте свойств, которые всегда истинны, независимо от тестируемого кода. Эти свойства не предоставляют никакой значимой информации.
• Чрезмерно сложные свойства: Избегайте свойств, которые слишком сложны для понимания или проверки. Разбивайте сложные свойства на более мелкие и управляемые.
• Игнорирование крайних случаев: Убедитесь, что ваши свойства покрывают потенциальные крайние случаи и граничные условия.
• Неправильная интерпретация контрпримеров: Тщательно анализируйте минимальные неудачные примеры, предоставляемые фреймворком PBT, чтобы понять основную причину ошибки. Не делайте поспешных выводов и не стройте предположений.
• Рассмотрение PBT как панацеи: PBT — мощный инструмент, но он не заменяет тщательное проектирование, ревью кода и другие методы тестирования. Используйте PBT как часть комплексной стратегии тестирования.

Заключение

Тестирование на основе свойств — это ценная техника для повышения качества и надёжности вашего JavaScript-кода. Определяя свойства, которые описывают ожидаемое поведение вашего кода, и позволяя фреймворку PBT генерировать широкий спектр входных данных, вы можете обнаружить скрытые ошибки и крайние случаи, которые вы могли бы пропустить при традиционном модульном тестировании. Библиотеки, такие как jsverify и fast-check, упрощают реализацию PBT в ваших JavaScript-проектах. Внедряйте PBT как часть своей стратегии тестирования и пользуйтесь преимуществами увеличенного покрытия тестами, улучшенного качества кода и снижения затрат на поддержку. Помните, что нужно сосредоточиться на определении значимых свойств, учитывать крайние случаи и тщательно анализировать неудачные примеры, чтобы извлечь максимальную пользу из этой мощной техники. С практикой и опытом вы станете мастером тестирования на основе свойств и будете создавать более надёжные и стабильные JavaScript-приложения.

Дополнительные ресурсы

• Документация jsverify
• Документация fast-check
• Hypothesis (библиотека PBT для Python) - концепции применимы для разных языков
• Тестирование на основе свойств в JavaScript (видео)