Teststrategier i JavaScript: Implementering av egenskapsbaserad testning

Testning är en väsentlig del av programvaruutveckling och säkerställer tillförlitligheten och robustheten i våra applikationer. Medan enhetstester fokuserar på specifika indata och förväntade utdata, erbjuder egenskapsbaserad testning (PBT) ett mer omfattande tillvägagångssätt genom att verifiera att din kod följer fördefinierade egenskaper över ett brett spektrum av automatiskt genererade indata. Detta blogginlägg djupdyker i världen av egenskapsbaserad testning i JavaScript, utforskar dess fördelar, implementeringstekniker och populära bibliotek.

Vad är egenskapsbaserad testning?

Egenskapsbaserad testning, även känd som generativ testning, flyttar fokus från att testa enskilda exempel till att verifiera egenskaper som ska gälla för en rad olika indata. Istället för att skriva tester som hävdar specifika utdata för specifika indata, definierar du egenskaper som beskriver det förväntade beteendet hos din kod. PBT-ramverket genererar sedan ett stort antal slumpmässiga indata och kontrollerar om egenskaperna stämmer för alla. Om en egenskap överträds försöker ramverket krympa indata för att hitta det minsta misslyckade exemplet, vilket gör felsökningen enklare.

Föreställ dig att du testar en sorteringsfunktion. Istället för att testa med några handplockade arrayer kan du definiera en egenskap som "Längden på den sorterade arrayen är lika med längden på den ursprungliga arrayen" eller "Alla element i den sorterade arrayen är större än eller lika med det föregående elementet". PBT-ramverket kommer sedan att generera otaliga arrayer av varierande storlekar och innehåll för att säkerställa att din sorteringsfunktion uppfyller dessa egenskaper över ett brett spektrum av scenarier.

Fördelar med egenskapsbaserad testning

• Ökad testtäckning: PBT utforskar ett mycket bredare spektrum av indata än traditionella enhetstester och avslöjar gränsfall och oväntade scenarier som du kanske inte har övervägt manuellt.
• Förbättrad kodkvalitet: Att definiera egenskaper tvingar dig att tänka djupare på din kods avsedda beteende, vilket leder till en bättre förståelse av problemdomänen och en mer robust implementering.
• Minskade underhållskostnader: Egenskapsbaserade tester är mer motståndskraftiga mot kodändringar än exempelbaserade tester. Om du refaktorerar din kod men behåller samma egenskaper, kommer PBT-testerna att fortsätta passera, vilket ger dig förtroende för att dina ändringar inte har introducerat några regressioner.
• Enklare felsökning: När en egenskap misslyckas tillhandahåller PBT-ramverket ett minimalt felande exempel, vilket gör det lättare att identifiera grundorsaken till buggen.
• Bättre dokumentation: Egenskaper fungerar som en form av körbar dokumentation som tydligt beskriver det förväntade beteendet hos din kod.

Implementering av egenskapsbaserad testning i JavaScript

Flera JavaScript-bibliotek underlättar egenskapsbaserad testning. Två populära val är jsverify och fast-check. Låt oss utforska hur man använder var och en av dem med praktiska exempel.

Använda jsverify

jsverify är ett kraftfullt och väletablerat bibliotek för egenskapsbaserad testning i JavaScript. Det tillhandahåller en rik uppsättning generatorer för att skapa slumpmässig data, samt ett bekvämt API för att definiera och köra egenskaper.

Installation:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

Exempel: Testa en additionsfunktion

Låt oss säga att vi har en enkel additionsfunktion:

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

              
                Copy
              
            
          

Vi kan använda jsverify för att definiera en egenskap som säger att addition är kommutativ (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
              
            
          

I detta exempel:

• jsc.property definierar en egenskap med ett beskrivande namn.
• 'number', 'number' specificerar att egenskapen ska testas med slumpmässiga nummer som indata för a och b. jsverify tillhandahåller en mängd inbyggda generatorer för olika datatyper.
• Funktionen function(a, b) { ... } definierar själva egenskapen. Den tar de genererade indata a och b och returnerar true om egenskapen håller, och false i annat fall.

När du kör detta test kommer jsverify att generera hundratals slumpmässiga talpar och kontrollera om den kommutativa egenskapen stämmer för alla. Om det hittar ett motexempel kommer det att rapportera de felande indata och försöka krympa dem till ett minimalt exempel.

Mer komplext exempel: Testa en funktion för att vända en sträng

Här är en funktion för att vända en sträng:

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

              
                Copy
              
            
          

Vi kan definiera en egenskap som säger att om man vänder en sträng två gånger så ska den ursprungliga strängen returneras:

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

            

              
                Copy
              
            
          

jsverify kommer att generera slumpmässiga strängar av varierande längd och innehåll och kontrollera om denna egenskap stämmer för alla.

Använda fast-check

fast-check är ett annat utmärkt bibliotek för egenskapsbaserad testning i JavaScript. Det är känt för sin prestanda och sitt fokus på att erbjuda ett fluent API för att definiera generatorer och egenskaper.

Installation:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

Exempel: Testa en additionsfunktion

Med samma additionsfunktion som tidigare:

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

              
                Copy
              
            
          

Vi kan definiera den kommutativa egenskapen med 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
              
            
          

I detta exempel:

• fc.assert kör det egenskapsbaserade testet.
• fc.property definierar egenskapen.
• fc.integer() specificerar att egenskapen ska testas med slumpmässiga heltal som indata för a och b. fast-check tillhandahåller också en mängd inbyggda arbitraries (generatorer).
• Lambda-uttrycket (a, b) => { ... } definierar själva egenskapen.

Mer komplext exempel: Testa en funktion för att vända en sträng

Med samma funktion för att vända en sträng som tidigare:

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

              
                Copy
              
            
          

Vi kan definiera egenskapen om dubbel vändning med fast-check:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Välja mellan jsverify och fast-check

Både jsverify och fast-check är utmärkta val för egenskapsbaserad testning i JavaScript. Här är en kort jämförelse för att hjälpa dig välja rätt bibliotek för ditt projekt:

• jsverify: Har en längre historik och en mer omfattande samling av inbyggda generatorer. Det kan vara ett bra val om du behöver specifika generatorer som inte finns i fast-check, eller om du föredrar en mer deklarativ stil.
• fast-check: Känt för sin prestanda och sitt fluent API. Det kan vara ett bättre val om prestanda är kritiskt, eller om du föredrar en mer koncis och uttrycksfull stil. Dess krympningsförmåga anses också vara mycket bra.

I slutändan beror det bästa valet på dina specifika behov och preferenser. Det är värt att experimentera med båda biblioteken för att se vilket du tycker är mest bekvämt och effektivt.

Strategier för att skriva effektiva egenskapsbaserade tester

Att skriva effektiva egenskapsbaserade tester kräver ett annat tankesätt än att skriva traditionella enhetstester. Här är några strategier som hjälper dig att få ut det mesta av PBT:

• Fokusera på egenskaper, inte exempel: Tänk på de grundläggande egenskaperna som din kod ska uppfylla, snarare än att fokusera på specifika par av indata och utdata.
• Börja enkelt: Börja med enkla egenskaper som är lätta att förstå och verifiera. När du känner dig mer säker kan du lägga till mer komplexa egenskaper.
• Använd beskrivande namn: Ge dina egenskaper beskrivande namn som tydligt förklarar vad de testar.
• Tänk på gränsfall: Även om PBT automatiskt genererar ett brett spektrum av indata, är det fortfarande viktigt att överväga potentiella gränsfall och se till att dina egenskaper täcker dem. Du kan använda tekniker som villkorliga egenskaper för att hantera specialfall.
• Krymp misslyckade exempel: När en egenskap misslyckas, var uppmärksam på det minimala felande exemplet som PBT-ramverket tillhandahåller. Detta exempel ger ofta värdefulla ledtrådar om buggens grundorsak.
• Kombinera med enhetstester: PBT är inte en ersättning för enhetstester, utan snarare ett komplement. Använd enhetstester för att verifiera specifika scenarier och gränsfall, och använd PBT för att säkerställa att din kod uppfyller generella egenskaper över ett brett spektrum av indata.
• Egenskapsgranularitet: Fundera över granulariteten hos dina egenskaper. Om de är för breda kan ett fel vara svårt att diagnostisera. Om de är för snäva skriver du i praktiken enhetstester. Att hitta rätt balans är nyckeln.

Avancerade tekniker för egenskapsbaserad testning

När du är bekväm med grunderna i egenskapsbaserad testning kan du utforska några avancerade tekniker för att ytterligare förbättra din teststrategi:

• Villkorliga egenskaper: Använd villkorliga egenskaper för att testa beteende som endast gäller under vissa förhållanden. Till exempel kanske du vill testa en egenskap som endast gäller när indata är ett positivt tal.
• Anpassade generatorer: Skapa anpassade generatorer för att generera data som är specifik för din applikationsdomän. Detta gör att du kan testa din kod med mer realistiska och relevanta indata.
• Tillståndsbaserad testning: Använd tillståndsbaserade testtekniker för att verifiera beteendet hos tillståndsbaserade system, såsom finita tillståndsmaskiner eller reaktiva applikationer. Detta innebär att definiera egenskaper som beskriver hur systemets tillstånd ska förändras som svar på olika åtgärder.
• Integrationstestning: Även om PBT primärt används för enhetstestning, kan principerna tillämpas på integrationstester. Definiera egenskaper som ska gälla över olika moduler eller komponenter i din applikation.
• Fuzzing: Egenskapsbaserad testning kan användas som en form av fuzzing, där du genererar slumpmässiga, potentiellt ogiltiga indata för att avslöja säkerhetssårbarheter eller oväntat beteende.

Exempel från olika domäner

Egenskapsbaserad testning kan tillämpas på en mängd olika domäner. Här är några exempel:

• Matematiska funktioner: Testa egenskaper som kommutativitet, associativitet och distributivitet för matematiska operationer.
• Datastrukturer: Verifiera egenskaper som bevarandet av ordning i en sorterad lista eller det korrekta antalet element i en samling.
• Strängmanipulation: Testa egenskaper som vändning av strängar, korrektheten hos matchning med reguljära uttryck eller giltigheten av URL-parsning.
• API-integrationer: Verifiera egenskaper som idempotens hos API-anrop eller datakonsistens mellan olika system.
• Webbapplikationer: Testa egenskaper som korrektheten hos formulärvalidering eller tillgängligheten på webbsidor. Till exempel att kontrollera att alla bilder har alt-text.
• Spelutveckling: Testa egenskaper som förutsägbart beteende hos spelfysik, korrekt poängmekanism eller rättvis fördelning av slumpmässigt genererat innehåll. Överväg att testa AI-beslutsfattande under olika scenarier.
• Finansiella applikationer: Att testa att saldouppdateringar alltid är korrekta efter olika typer av transaktioner (insättningar, uttag, överföringar) är avgörande i finansiella system. Egenskaper skulle säkerställa att det totala värdet bevaras och attribueras korrekt.

Exempel på internationalisering (i18n): När man hanterar internationalisering kan egenskaper säkerställa att funktioner korrekt hanterar olika locales. Till exempel, vid formatering av nummer eller datum kan du kontrollera egenskaper som: * Det formaterade numret eller datumet är korrekt formaterat för den angivna localen. * Det formaterade numret eller datumet kan parsas tillbaka till sitt ursprungliga värde med bibehållen noggrannhet.

Exempel på globalisering (g11n): När man arbetar med översättningar kan egenskaper hjälpa till att upprätthålla konsekvens och noggrannhet. Till exempel: * Längden på den översatta strängen är rimligt nära längden på den ursprungliga strängen (för att undvika överdriven expansion eller trunkering). * Den översatta strängen innehåller samma platshållare eller variabler som den ursprungliga strängen.

Vanliga fallgropar att undvika

• Triviala egenskaper: Undvik egenskaper som alltid är sanna, oavsett vilken kod som testas. Dessa egenskaper ger ingen meningsfull information.
• Överkomplicerade egenskaper: Undvik egenskaper som är för komplexa att förstå eller verifiera. Bryt ner komplexa egenskaper i mindre, mer hanterbara.
• Ignorera gränsfall: Se till att dina egenskaper täcker potentiella gränsfall och randvillkor.
• Feltolkning av motexempel: Analysera noggrant de minimala felande exemplen som tillhandahålls av PBT-ramverket för att förstå grundorsaken till buggen. Dra inte förhastade slutsatser eller gör antaganden.
• Behandla PBT som en universallösning: PBT är ett kraftfullt verktyg, men det ersätter inte noggrann design, kodgranskningar och andra testtekniker. Använd PBT som en del av en omfattande teststrategi.

Sammanfattning

Egenskapsbaserad testning är en värdefull teknik för att förbättra kvaliteten och tillförlitligheten i din JavaScript-kod. Genom att definiera egenskaper som beskriver det förväntade beteendet hos din kod och låta PBT-ramverket generera ett brett spektrum av indata kan du avslöja dolda buggar och gränsfall som du kanske hade missat med traditionella enhetstester. Bibliotek som jsverify och fast-check gör det enkelt att implementera PBT i dina JavaScript-projekt. Omfamna PBT som en del av din teststrategi och dra nytta av fördelarna med ökad testtäckning, förbättrad kodkvalitet och minskade underhållskostnader. Kom ihåg att fokusera på att definiera meningsfulla egenskaper, överväga gränsfall och noggrant analysera misslyckade exempel för att få ut det mesta av denna kraftfulla teknik. Med övning och erfarenhet kommer du att bli en mästare på egenskapsbaserad testning och bygga mer robusta och tillförlitliga JavaScript-applikationer.

Ytterligare resurser

• jsverify Dokumentation
• fast-check Dokumentation
• Hypothesis (Python PBT-bibliotek) - Koncepten är tillämpbara över språkgränserna
• Property-Based Testing in JavaScript (Video)