Posnemovalne funkcije: Celovit vodnik za razvijalce

V svetu razvoja programske opreme je pisanje robustne in zanesljive kode ključnega pomena. Temeljito testiranje je bistveno za dosego tega cilja. Zlasti enotno testiranje se osredotoča na testiranje posameznih komponent ali funkcij v izolaciji. Vendar pa resnične aplikacije pogosto vključujejo zapletene odvisnosti, kar otežuje testiranje enot v popolni izolaciji. Tu na pomoč priskočijo posnemovalne funkcije.

Kaj so posnemovalne funkcije?

Posnemovalna funkcija je simulirana različica resnične funkcije, ki jo lahko uporabite v svojih testih. Namesto da bi izvedla logiko dejanske funkcije, vam posnemovalna funkcija omogoča nadzor nad njenim obnašanjem, opazovanje, kako se kliče, in določanje njenih povratnih vrednosti. So vrsta testnega dvojnika (ang. test double).

Predstavljajte si takole: testirate avtomobilski motor (testirano enoto). Motor je odvisen od različnih drugih komponent, kot sta sistem za vbrizgavanje goriva in hladilni sistem. Namesto da bi med testiranjem motorja zagnali dejanski sistem za vbrizgavanje goriva in hlajenje, lahko uporabite posnemovalne sisteme, ki simulirajo njihovo delovanje. To vam omogoča, da izolirate motor in se osredotočite posebej na njegovo delovanje.

Posnemovalne funkcije so močna orodja za:

Izolacijo enot: Odstranjevanje zunanjih odvisnosti za osredotočanje na obnašanje posamezne funkcije ali komponente.
Nadzor obnašanja: Določanje specifičnih povratnih vrednosti, sprožanje napak ali izvajanje logike po meri med testiranjem.
Opazovanje interakcij: Sledenje, kolikokrat je funkcija klicana, katere argumente prejme in v kakšnem vrstnem redu.
Simuliranje robnih primerov: Enostavno ustvarjanje scenarijev, ki jih je v resničnem okolju težko ali nemogoče poustvariti (npr. napake v omrežju, napake v bazi podatkov).

Kdaj uporabiti posnemovalne funkcije

Mocks are most useful in these situations:

1. Izolacija enot z zunanjimi odvisnostmi

Kadar je vaša testirana enota odvisna od zunanjih storitev, podatkovnih baz, API-jev ali drugih komponent, lahko uporaba resničnih odvisnosti med testiranjem povzroči več težav:

Počasni testi: Resnične odvisnosti so lahko počasne za postavitev in izvajanje, kar znatno podaljša čas izvajanja testov.
Nezanesljivi testi: Zunanje odvisnosti so lahko nepredvidljive in nagnjene k napakam, kar vodi do nestabilnih testov.
Kompleksnost: Upravljanje in konfiguriranje resničnih odvisnosti lahko doda nepotrebno kompleksnost vaši testni postavitvi.
Stroški: Uporaba zunanjih storitev pogosto povzroča stroške, zlasti pri obsežnem testiranju.

Primer: Predstavljajte si, da testirate funkcijo, ki pridobiva podatke o uporabniku iz oddaljenega API-ja. Namesto da bi med testiranjem izvajali dejanske klice API-ja, lahko uporabite posnemovalno funkcijo za simulacijo odziva API-ja. To vam omogoča testiranje logike funkcije brez odvisnosti od razpoložljivosti ali zmogljivosti zunanjega API-ja. To je še posebej pomembno, kadar ima API omejitve klicev ali povezane stroške za vsako zahtevo.

2. Testiranje zapletenih interakcij

V nekaterih primerih lahko vaša testirana enota na zapleten način komunicira z drugimi komponentami. Posnemovalne funkcije vam omogočajo opazovanje in preverjanje teh interakcij.

Primer: Vzemimo funkcijo, ki obdeluje plačilne transakcije. Ta funkcija lahko komunicira s plačilnim prehodom, podatkovno bazo in storitvijo za obveščanje. Z uporabo posnemovalnih funkcij lahko preverite, ali funkcija kliče plačilni prehod s pravilnimi podatki o transakciji, posodobi podatkovno bazo s statusom transakcije in pošlje obvestilo uporabniku.

3. Simuliranje napak

Testiranje obravnave napak je ključnega pomena za zagotavljanje robustnosti vaše aplikacije. Posnemovalne funkcije olajšajo simuliranje napak, ki jih je v resničnem okolju težko ali nemogoče poustvariti.

Primer: Recimo, da testirate funkcijo, ki nalaga datoteke v storitev za shranjevanje v oblaku. Z uporabo posnemovalne funkcije lahko simulirate omrežno napako med postopkom nalaganja. To vam omogoča, da preverite, ali funkcija pravilno obravnava napako, ponovi nalaganje ali obvesti uporabnika.

4. Testiranje asinhrone kode

Asinhrona koda, kot je koda, ki uporablja povratne klice (callbacks), obljube (promises) ali async/await, je lahko zahtevna za testiranje. Posnemovalne funkcije vam lahko pomagajo nadzorovati čas in obnašanje asinhronih operacij.

Primer: Predstavljajte si, da testirate funkcijo, ki pridobiva podatke s strežnika z asinhrono zahtevo. Uporabite lahko posnemovalno funkcijo za simulacijo odziva strežnika in nadzor nad tem, kdaj je odziv vrnjen. To vam omogoča testiranje, kako funkcija obravnava različne scenarije odzivov in časovnih omejitev.

5. Preprečevanje nenamernih stranskih učinkov

Včasih ima lahko klicanje resnične funkcije med testiranjem nenamerne stranske učinke, kot so spreminjanje podatkovne baze, pošiljanje e-pošte ali sprožanje zunanjih procesov. Posnemovalne funkcije preprečujejo te stranske učinke tako, da vam omogočajo zamenjavo resnične funkcije z nadzorovano simulacijo.

Primer: Testirate funkcijo, ki novim uporabnikom pošilja pozdravna e-sporočila. Z uporabo posnemovalne e-poštne storitve lahko zagotovite, da funkcija pošiljanja dejansko ne pošilja e-pošte resničnim uporabnikom med izvajanjem vaše testne zbirke. Namesto tega lahko preverite, ali funkcija poskuša poslati e-sporočilo s pravilnimi informacijami.

Kako uporabljati posnemovalne funkcije

Konkretni koraki za uporabo posnemovalnih funkcij so odvisni od programskega jezika in ogrodja za testiranje, ki ga uporabljate. Vendar pa splošni postopek običajno vključuje naslednje korake:

Identificirajte odvisnosti: Določite, katere zunanje odvisnosti morate posnemati.
Ustvarite posnemovalne objekte: Ustvarite posnemovalne objekte ali funkcije, ki bodo zamenjale resnične odvisnosti. Ti posnemovalniki bodo pogosto imeli lastnosti, kot so `called`, `returnValue` in `callArguments`.
Konfigurirajte obnašanje posnemovalnika: Določite obnašanje posnemovalnih funkcij, kot so njihove povratne vrednosti, pogoji napak in število klicev.
Vstavite posnemovalnike: Zamenjajte resnične odvisnosti s posnemovalnimi objekti v vaši testirani enoti. To se pogosto izvaja z injiciranjem odvisnosti.
Izvedite test: Zaženite test in opazujte, kako testirana enota komunicira s posnemovalnimi funkcijami.
Preverite interakcije: Preverite, ali so bile posnemovalne funkcije klicane s pričakovanimi argumenti, povratnimi vrednostmi in številom klicev.
Obnovite prvotno funkcionalnost: Po končanem testu obnovite prvotno funkcionalnost tako, da odstranite posnemovalne objekte in se vrnete k resničnim odvisnostim. To pomaga preprečiti stranske učinke na druge teste.

Primeri posnemovalnih funkcij v različnih jezikih

Here are examples of using mock functions in popular programming languages and testing frameworks:

JavaScript z Jestom

Jest je priljubljeno ogrodje za testiranje v JavaScriptu, ki nudi vgrajeno podporo za posnemovalne funkcije.

// Funkcija za testiranje
function fetchData(callback) {
  setTimeout(() => {
    callback('Data from server');
  }, 100);
}

// Testni primer
test('fetchData calls callback with correct data', (done) => {
  const mockCallback = jest.fn();
  fetchData(mockCallback);

  setTimeout(() => {
    expect(mockCallback).toHaveBeenCalledWith('Data from server');
    done();
  }, 200);
});

V tem primeru `jest.fn()` ustvari posnemovalno funkcijo, ki nadomesti resnično povratno funkcijo. Test preveri, ali je posnemovalna funkcija klicana s pravilnimi podatki z uporabo `toHaveBeenCalledWith()`.

Naprednejši primer z uporabo modulov:

// user.js
import { getUserDataFromAPI } from './api';

export async function displayUserName(userId) {
  const userData = await getUserDataFromAPI(userId);
  return userData.name;
}

// api.js
export async function getUserDataFromAPI(userId) {
  // Simulacija klica API
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve({ id: userId, name: 'John Doe' });
    }, 50);
  });
}

// user.test.js
import { displayUserName } from './user';
import * as api from './api';

describe('displayUserName', () => {
  it('should display the user name', async () => {
    // Posnemanje funkcije getUserDataFromAPI
    const mockGetUserData = jest.spyOn(api, 'getUserDataFromAPI');
    mockGetUserData.mockResolvedValue({ id: 123, name: 'Mocked Name' });

    const userName = await displayUserName(123);
    expect(userName).toBe('Mocked Name');

    // Obnovitev prvotne funkcije
    mockGetUserData.mockRestore();
  });
});

Tukaj je `jest.spyOn` uporabljen za ustvarjanje posnemovalne funkcije za funkcijo `getUserDataFromAPI`, uvoženo iz modula `./api`. `mockResolvedValue` se uporablja za določitev povratne vrednosti posnemovalnika. `mockRestore` je ključnega pomena za zagotovitev, da drugi testi nenamerno ne uporabijo posnemane različice.

Python s pytest in unittest.mock

Python ponuja več knjižnic za posnemanje, vključno z `unittest.mock` (vgrajena) in knjižnicami, kot je `pytest-mock` za poenostavljeno uporabo s pytest.

# Funkcija za testiranje
def get_data_from_api(url):
    # V resničnem scenariju bi to naredilo klic API-ja
    # Za poenostavitev simuliramo klic API-ja
    if url == "https://example.com/api":
        return {"data": "API data"}
    else:
        return None

def process_data(url):
    data = get_data_from_api(url)
    if data:
        return data["data"]
    else:
        return "No data found"

# Testni primer z uporabo unittest.mock
import unittest
from unittest.mock import patch

class TestProcessData(unittest.TestCase):
    @patch('__main__.get_data_from_api') # Zamenjaj get_data_from_api v glavnem modulu
    def test_process_data_success(self, mock_get_data_from_api):
        # Konfiguracija posnemovalnika
        mock_get_data_from_api.return_value = {"data": "Mocked data"}

        # Klic testirane funkcije
        result = process_data("https://example.com/api")

        # Preverjanje rezultata
        self.assertEqual(result, "Mocked data")
        mock_get_data_from_api.assert_called_once_with("https://example.com/api")

    @patch('__main__.get_data_from_api')
    def test_process_data_failure(self, mock_get_data_from_api):
        mock_get_data_from_api.return_value = None
        result = process_data("https://example.com/api")
        self.assertEqual(result, "No data found")

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

Ta primer uporablja `unittest.mock.patch` za zamenjavo funkcije `get_data_from_api` s posnemovalnikom. Test konfigurira posnemovalnik, da vrne določeno vrednost, nato pa preveri, ali funkcija `process_data` vrne pričakovani rezultat.

Tukaj je enak primer z uporabo `pytest-mock`:

# Različica s pytest
import pytest

def get_data_from_api(url):
    # V resničnem scenariju bi to naredilo klic API-ja
    # Za poenostavitev simuliramo klic API-ja
    if url == "https://example.com/api":
        return {"data": "API data"}
    else:
        return None

def process_data(url):
    data = get_data_from_api(url)
    if data:
        return data["data"]
    else:
        return "No data found"


def test_process_data_success(mocker):
    mocker.patch('__main__.get_data_from_api', return_value={"data": "Mocked data"})
    result = process_data("https://example.com/api")
    assert result == "Mocked data"


def test_process_data_failure(mocker):
    mocker.patch('__main__.get_data_from_api', return_value=None)
    result = process_data("https://example.com/api")
    assert result == "No data found"

Knjižnica `pytest-mock` nudi `mocker` fixture, ki poenostavlja ustvarjanje in konfiguracijo posnemovalnikov znotraj pytest testov.

Java z Mockitom

Mockito je priljubljeno ogrodje za posnemanje v Javi.

import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.mockito.Mockito.*;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;

interface DataFetcher {
    String fetchData(String url);
}

class DataProcessor {
    private final DataFetcher dataFetcher;

    public DataProcessor(DataFetcher dataFetcher) {
        this.dataFetcher = dataFetcher;
    }

    public String processData(String url) {
        String data = dataFetcher.fetchData(url);
        if (data != null) {
            return "Processed: " + data;
        } else {
            return "No data";
        }
    }
}

public class DataProcessorTest {

    @Test
    public void testProcessDataSuccess() {
        // Ustvari posnemovalni DataFetcher
        DataFetcher mockDataFetcher = mock(DataFetcher.class);

        // Konfiguracija posnemovalnika
        when(mockDataFetcher.fetchData("https://example.com/api")).thenReturn("API Data");

        // Ustvari DataProcessor s posnemovalnikom
        DataProcessor dataProcessor = new DataProcessor(mockDataFetcher);

        // Klic testirane funkcije
        String result = dataProcessor.processData("https://example.com/api");

        // Preverjanje rezultata
        assertEquals("Processed: API Data", result);

        // Preveri, ali je bil posnemovalnik klican
        verify(mockDataFetcher).fetchData("https://example.com/api");
    }

    @Test
    public void testProcessDataFailure() {
        DataFetcher mockDataFetcher = mock(DataFetcher.class);
        when(mockDataFetcher.fetchData("https://example.com/api")).thenReturn(null);

        DataProcessor dataProcessor = new DataProcessor(mockDataFetcher);
        String result = dataProcessor.processData("https://example.com/api");
        assertEquals("No data", result);
        verify(mockDataFetcher).fetchData("https://example.com/api");
    }
}

V tem primeru `Mockito.mock()` ustvari posnemovalni objekt za vmesnik `DataFetcher`. `when()` se uporablja za konfiguracijo povratne vrednosti posnemovalnika, `verify()` pa za preverjanje, ali je bil posnemovalnik klican s pričakovanimi argumenti.

Najboljše prakse za uporabo posnemovalnih funkcij

Posnemajte zmerno: Posnemajte le odvisnosti, ki so resnično zunanje ali uvajajo znatno kompleksnost. Izogibajte se posnemanju podrobnosti implementacije.
Ohranjajte posnemovalnike enostavne: Posnemovalne funkcije naj bodo čim bolj enostavne, da se izognete vnašanju napak v vaše teste.
Uporabljajte injiciranje odvisnosti: Uporabljajte injiciranje odvisnosti, da olajšate zamenjavo resničnih odvisnosti s posnemovalnimi objekti. Prednost ima injiciranje preko konstruktorja, saj naredi odvisnosti eksplicitne.
Preverjajte interakcije: Vedno preverite, ali vaša testirana enota komunicira s posnemovalnimi funkcijami na pričakovan način.
Obnovite prvotno funkcionalnost: Po vsakem testu obnovite prvotno funkcionalnost z odstranitvijo posnemovalnih objektov in vrnitvijo k resničnim odvisnostim.
Dokumentirajte posnemovalnike: Jasno dokumentirajte svoje posnemovalne funkcije, da pojasnite njihov namen in obnašanje.
Izogibajte se prekomerni specifikaciji: Ne preverjajte vsake posamezne interakcije, osredotočite se na ključne interakcije, ki so bistvene za obnašanje, ki ga testirate.
Razmislite o integracijskih testih: Čeprav so enotni testi s posnemovalniki pomembni, jih ne pozabite dopolniti z integracijskimi testi, ki preverjajo interakcije med resničnimi komponentami.

Alternative posnemovalnim funkcijam

Čeprav so posnemovalne funkcije močno orodje, niso vedno najboljša rešitev. V nekaterih primerih so morda primernejše druge tehnike:

Nadomestki (Stubs): Nadomestki so enostavnejši od posnemovalnikov. Zagotavljajo vnaprej določene odgovore na klice funkcij, vendar običajno ne preverjajo, kako so ti klici izvedeni. Uporabni so, ko morate le nadzorovati vhodne podatke za svojo testirano enoto.
Vohuni (Spies): Vohuni vam omogočajo opazovanje obnašanja resnične funkcije, medtem ko ta še vedno izvaja svojo prvotno logiko. Uporabni so, ko želite preveriti, ali je funkcija klicana s specifičnimi argumenti ali določeno število krat, ne da bi popolnoma zamenjali njeno funkcionalnost.
Ponaredki (Fakes): Ponaredki so delujoče implementacije odvisnosti, vendar poenostavljene za namene testiranja. Primer ponaredka je podatkovna baza v pomnilniku.
Integracijski testi: Integracijski testi preverjajo interakcije med več komponentami. Lahko so dobra alternativa enotnim testom s posnemovalniki, ko želite testirati obnašanje sistema kot celote.

Zaključek

Posnemovalne funkcije so bistveno orodje za pisanje učinkovitih enotnih testov, ki vam omogočajo izolacijo enot, nadzor obnašanja, simuliranje napak in testiranje asinhrone kode. Z upoštevanjem najboljših praks in razumevanjem alternativ lahko izkoristite posnemovalne funkcije za izgradnjo bolj robustne, zanesljive in vzdrževane programske opreme. Ne pozabite upoštevati kompromisov in izbrati pravo tehniko testiranja za vsako situacijo, da ustvarite celovito in učinkovito strategijo testiranja, ne glede na to, kje na svetu gradite.