สำรวจการทดสอบตามคุณสมบัติ (property-based testing) ใน JavaScript เรียนรู้วิธีการนำไปใช้, เพิ่มความครอบคลุมของการทดสอบ, และรับประกันคุณภาพซอฟต์แวร์ด้วยตัวอย่างและไลบรารีอย่าง jsverify และ fast-check
กลยุทธ์การทดสอบ JavaScript: การนำ Property-Based Testing ไปใช้งาน
การทดสอบเป็นส่วนสำคัญของการพัฒนาซอฟต์แวร์ เพื่อให้แน่ใจว่าแอปพลิเคชันของเรามีความน่าเชื่อถือและทนทาน ในขณะที่ unit test มุ่งเน้นไปที่อินพุตและเอาต์พุตที่คาดหวังแบบเจาะจง แต่การทดสอบตามคุณสมบัติ (Property-Based Testing หรือ PBT) นำเสนอแนวทางที่ครอบคลุมกว่า โดยการตรวจสอบว่าโค้ดของคุณสอดคล้องกับคุณสมบัติที่กำหนดไว้ล่วงหน้าสำหรับอินพุตที่สร้างขึ้นโดยอัตโนมัติในวงกว้าง บล็อกโพสต์นี้จะเจาะลึกเข้าไปในโลกของ PBT ใน JavaScript สำรวจประโยชน์ เทคนิคการนำไปใช้ และไลบรารียอดนิยมต่างๆ
Property-Based Testing คืออะไร?
การทดสอบตามคุณสมบัติ หรือที่เรียกว่า generative testing เป็นการเปลี่ยนจุดสนใจจากการทดสอบตัวอย่างแต่ละกรณี ไปสู่การตรวจสอบคุณสมบัติ (properties) ที่ควรจะเป็นจริงสำหรับอินพุตที่หลากหลาย แทนที่จะเขียนเทสต์ที่ยืนยันเอาต์พุตเฉพาะสำหรับอินพุตที่เจาะจง คุณจะต้องกำหนดคุณสมบัติที่อธิบายพฤติกรรมที่คาดหวังของโค้ดของคุณ จากนั้นเฟรมเวิร์ก PBT จะสร้างอินพุตแบบสุ่มจำนวนมากและตรวจสอบว่าคุณสมบัติเหล่านั้นยังคงเป็นจริงสำหรับทุกอินพุตหรือไม่ หากคุณสมบัติถูกละเมิด เฟรมเวิร์กจะพยายามลดขนาดอินพุต (shrink) เพื่อค้นหาตัวอย่างที่เล็กที่สุดที่ทำให้เทสต์ล้มเหลว ซึ่งช่วยให้การดีบักง่ายขึ้น
ลองจินตนาการว่าคุณกำลังทดสอบฟังก์ชันการเรียงลำดับข้อมูล แทนที่จะทดสอบด้วยอาร์เรย์ที่เลือกมาเพียงไม่กี่ชุด คุณสามารถกำหนดคุณสมบัติได้เช่น "ความยาวของอาร์เรย์ที่เรียงลำดับแล้วเท่ากับความยาวของอาร์เรย์ตั้งต้น" หรือ "ทุกองค์ประกอบในอาร์เรย์ที่เรียงลำดับแล้วมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับองค์ประกอบก่อนหน้า" จากนั้นเฟรมเวิร์ก PBT จะสร้างอาร์เรย์จำนวนมากที่มีขนาดและเนื้อหาแตกต่างกันไป เพื่อให้แน่ใจว่าฟังก์ชันการเรียงลำดับของคุณเป็นไปตามคุณสมบัติเหล่านี้ในสถานการณ์ที่หลากหลาย
ข้อดีของ Property-Based Testing
- เพิ่มความครอบคลุมของการทดสอบ: PBT สำรวจช่วงของอินพุตที่กว้างกว่า unit test แบบดั้งเดิมอย่างมาก ทำให้ค้นพบ edge case และสถานการณ์ที่ไม่คาดคิดซึ่งคุณอาจไม่ได้พิจารณาด้วยตนเอง
- ปรับปรุงคุณภาพโค้ด: การกำหนดคุณสมบัติบังคับให้คุณต้องคิดอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับพฤติกรรมที่ตั้งใจไว้ของโค้ด นำไปสู่ความเข้าใจในขอบเขตของปัญหาได้ดีขึ้นและการพัฒนาที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น
- ลดต้นทุนการบำรุงรักษา: เทสต์แบบ PBT ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงโค้ดได้ดีกว่าเทสต์ตามตัวอย่าง หากคุณปรับโครงสร้างโค้ด (refactor) แต่ยังคงรักษาคุณสมบัติเดิมไว้ เทสต์ PBT ก็จะยังคงผ่าน ทำให้คุณมั่นใจได้ว่าการเปลี่ยนแปลงของคุณไม่ได้ทำให้เกิดข้อผิดพลาดถดถอย (regression)
- ดีบักง่ายขึ้น: เมื่อคุณสมบัติล้มเหลว เฟรมเวิร์ก PBT จะให้ตัวอย่างที่เล็กที่สุดที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาด ซึ่งช่วยให้ระบุสาเหตุของบั๊กได้ง่ายขึ้น
- เอกสารที่ดีขึ้น: คุณสมบัติต่างๆ ทำหน้าที่เป็นเอกสารที่สามารถรันได้ ซึ่งอธิบายพฤติกรรมที่คาดหวังของโค้ดของคุณได้อย่างชัดเจน
การนำ Property-Based Testing ไปใช้ใน JavaScript
มีไลบรารี JavaScript หลายตัวที่ช่วยในการทำ PBT สองตัวเลือกที่ได้รับความนิยมคือ jsverify และ fast-check เรามาดูกันว่าจะใช้งานแต่ละตัวอย่างไรพร้อมตัวอย่างการใช้งานจริง
การใช้ jsverify
jsverify เป็นไลบรารีที่ทรงพลังและเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางสำหรับการทดสอบตามคุณสมบัติใน JavaScript มีชุด generator ที่หลากหลายสำหรับสร้างข้อมูลสุ่ม รวมถึง API ที่สะดวกสำหรับการกำหนดและรันคุณสมบัติต่างๆ
การติดตั้ง:
npm install jsverify
ตัวอย่าง: การทดสอบฟังก์ชันการบวกเลข
สมมติว่าเรามีฟังก์ชันการบวกเลขง่ายๆ ดังนี้:
function add(a, b) {
return a + b;
}
เราสามารถใช้ jsverify เพื่อกำหนดคุณสมบัติที่ระบุว่าการบวกมีคุณสมบัติสลับที่ได้ (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);
});
ในตัวอย่างนี้:
jsc.property
กำหนดคุณสมบัติพร้อมชื่อที่สื่อความหมาย'number', 'number'
ระบุว่าคุณสมบัตินี้ควรถูกทดสอบด้วยตัวเลขสุ่มเป็นอินพุตสำหรับa
และb
jsverify มี generator ในตัวสำหรับข้อมูลประเภทต่างๆ ให้เลือกใช้มากมาย- ฟังก์ชัน
function(a, b) { ... }
เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติ โดยจะรับอินพุตที่สร้างขึ้นa
และb
และคืนค่าtrue
หากคุณสมบัติเป็นจริง และfalse
หากไม่เป็นเช่นนั้น
เมื่อคุณรันเทสต์นี้ jsverify จะสร้างคู่ตัวเลขสุ่มหลายร้อยคู่และตรวจสอบว่าคุณสมบัติการสลับที่ยังคงเป็นจริงสำหรับทุกคู่หรือไม่ หากพบกรณีที่ขัดแย้ง มันจะรายงานอินพุตที่ล้มเหลวและพยายามลดขนาดให้เป็นตัวอย่างที่เล็กที่สุด
ตัวอย่างที่ซับซ้อนขึ้น: การทดสอบฟังก์ชันการกลับสตริง
นี่คือฟังก์ชันการกลับสตริง:
function reverseString(str) {
return str.split('').reverse().join('');
}
เราสามารถกำหนดคุณสมบัติที่ระบุว่าการกลับสตริงสองครั้งควรได้สตริงเดิมกลับมา:
jsc.property('reversing a string twice returns the original string', 'string', function(str) {
return reverseString(reverseString(str)) === str;
});
jsverify จะสร้างสตริงสุ่มที่มีความยาวและเนื้อหาต่างๆ กัน และตรวจสอบว่าคุณสมบัตินี้เป็นจริงสำหรับทุกกรณีหรือไม่
การใช้ fast-check
fast-check เป็นอีกหนึ่งไลบรารีการทดสอบตามคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมสำหรับ JavaScript เป็นที่รู้จักในเรื่องประสิทธิภาพและ API ที่เน้นความลื่นไหล (fluent API) สำหรับการกำหนด generator และคุณสมบัติต่างๆ
การติดตั้ง:
npm install fast-check
ตัวอย่าง: การทดสอบฟังก์ชันการบวกเลข
ใช้ฟังก์ชันการบวกเลขเดิม:
function add(a, b) {
return a + b;
}
เราสามารถกำหนดคุณสมบัติการสลับที่โดยใช้ fast-check:
const fc = require('fast-check');
fc.assert(
fc.property(fc.integer(), fc.integer(), (a, b) => {
return add(a, b) === add(b, a);
})
);
ในตัวอย่างนี้:
fc.assert
ทำการรันเทสต์ตามคุณสมบัติfc.property
กำหนดคุณสมบัติfc.integer()
ระบุว่าคุณสมบัตินี้ควรถูกทดสอบด้วยจำนวนเต็มสุ่มเป็นอินพุตสำหรับa
และb
fast-check ก็มี arbitraries (generators) ในตัวให้เลือกใช้มากมายเช่นกัน- นิพจน์แลมบ์ดา
(a, b) => { ... }
เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติ
ตัวอย่างที่ซับซ้อนขึ้น: การทดสอบฟังก์ชันการกลับสตริง
ใช้ฟังก์ชันการกลับสตริงเดิม:
function reverseString(str) {
return str.split('').reverse().join('');
}
เราสามารถกำหนดคุณสมบัติการกลับสตริงสองครั้งโดยใช้ fast-check:
fc.assert(
fc.property(fc.string(), (str) => {
return reverseString(reverseString(str)) === str;
})
);
การเลือกระหว่าง jsverify และ fast-check
ทั้ง jsverify และ fast-check เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการทดสอบตามคุณสมบัติใน JavaScript นี่คือการเปรียบเทียบสั้นๆ เพื่อช่วยให้คุณเลือกไลบรารีที่เหมาะสมกับโปรเจกต์ของคุณ:
- jsverify: มีประวัติยาวนานกว่าและมีคอลเลกชันของ generator ในตัวที่กว้างขวางกว่า อาจเป็นตัวเลือกที่ดีหากคุณต้องการ generator เฉพาะที่ไม่มีใน fast-check หรือถ้าคุณชอบสไตล์การเขียนแบบ declarative มากกว่า
- fast-check: เป็นที่รู้จักในเรื่องประสิทธิภาพและ API ที่ลื่นไหล อาจเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าหากประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญ หรือถ้าคุณชอบสไตล์การเขียนที่กระชับและสื่อความหมายได้ดีกว่า ความสามารถในการลดขนาด (shrinking) ของมันก็ถือว่าดีมากเช่นกัน
ท้ายที่สุดแล้ว ตัวเลือกที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับความต้องการและความชอบเฉพาะของคุณ ควรลองทดลองใช้ทั้งสองไลบรารีเพื่อดูว่าตัวไหนที่คุณรู้สึกสบายใจและมีประสิทธิภาพมากกว่า
กลยุทธ์การเขียนเทสต์ตามคุณสมบัติที่มีประสิทธิภาพ
การเขียนเทสต์ตามคุณสมบัติที่มีประสิทธิภาพต้องใช้แนวคิดที่แตกต่างจากการเขียน unit test แบบดั้งเดิม นี่คือกลยุทธ์บางอย่างที่จะช่วยให้คุณใช้ประโยชน์จาก PBT ได้อย่างเต็มที่:
- มุ่งเน้นที่คุณสมบัติ ไม่ใช่ตัวอย่าง: คิดถึงคุณสมบัติพื้นฐานที่โค้ดของคุณควรจะเป็นไปตาม แทนที่จะมุ่งเน้นไปที่คู่ของอินพุต-เอาต์พุตที่เฉพาะเจาะจง
- เริ่มจากง่ายๆ: เริ่มต้นด้วยคุณสมบัติง่ายๆ ที่เข้าใจและตรวจสอบได้ง่าย เมื่อคุณมีความมั่นใจมากขึ้น คุณสามารถเพิ่มคุณสมบัติที่ซับซ้อนขึ้นได้
- ใช้ชื่อที่สื่อความหมาย: ตั้งชื่อคุณสมบัติของคุณให้สื่อความหมายและอธิบายอย่างชัดเจนว่ากำลังทดสอบอะไร
- พิจารณา Edge Case: แม้ว่า PBT จะสร้างอินพุตที่หลากหลายโดยอัตโนมัติ แต่ก็ยังสำคัญที่จะต้องพิจารณา edge case ที่อาจเกิดขึ้นและตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณสมบัติของคุณครอบคลุมกรณีเหล่านั้น คุณสามารถใช้เทคนิคอย่าง conditional properties เพื่อจัดการกับกรณีพิเศษได้
- ลดขนาดตัวอย่างที่ล้มเหลว: เมื่อคุณสมบัติล้มเหลว ให้ใส่ใจกับตัวอย่างที่เล็กที่สุดที่ล้มเหลวซึ่งเฟรมเวิร์ก PBT จัดหาให้ ตัวอย่างนี้มักให้เบาะแสที่มีค่าเกี่ยวกับสาเหตุของบั๊ก
- ใช้ร่วมกับ Unit Test: PBT ไม่ได้มาแทนที่ unit test แต่เป็นการเสริมซึ่งกันและกัน ใช้ unit test เพื่อตรวจสอบสถานการณ์เฉพาะและ edge case และใช้ PBT เพื่อให้แน่ใจว่าโค้ดของคุณเป็นไปตามคุณสมบัติทั่วไปสำหรับอินพุตที่หลากหลาย
- ความละเอียดของคุณสมบัติ: พิจารณาความละเอียดของคุณสมบัติ หากกว้างเกินไป ความล้มเหลวอาจวินิจฉัยได้ยาก หากแคบเกินไป คุณก็กำลังเขียน unit test อยู่ดี การหาความสมดุลที่เหมาะสมคือกุญแจสำคัญ
เทคนิคการทดสอบตามคุณสมบัติขั้นสูง
เมื่อคุณคุ้นเคยกับพื้นฐานของการทดสอบตามคุณสมบัติแล้ว คุณสามารถสำรวจเทคนิคขั้นสูงบางอย่างเพื่อปรับปรุงกลยุทธ์การทดสอบของคุณให้ดียิ่งขึ้น:
- Conditional Properties: ใช้คุณสมบัติแบบมีเงื่อนไขเพื่อทดสอบพฤติกรรมที่ใช้ได้เฉพาะภายใต้เงื่อนไขบางอย่างเท่านั้น ตัวอย่างเช่น คุณอาจต้องการทดสอบคุณสมบัติที่ใช้ได้เฉพาะเมื่ออินพุตเป็นจำนวนบวก
- Custom Generators: สร้าง generator แบบกำหนดเองเพื่อสร้างข้อมูลที่เฉพาะเจาะจงกับโดเมนของแอปพลิเคชันของคุณ ซึ่งช่วยให้คุณสามารถทดสอบโค้ดของคุณด้วยอินพุตที่สมจริงและเกี่ยวข้องมากขึ้น
- Stateful Testing: ใช้เทคนิคการทดสอบแบบมีสถานะ (stateful testing) เพื่อตรวจสอบพฤติกรรมของระบบที่มีสถานะ เช่น finite state machine หรือแอปพลิเคชันแบบ reactive ซึ่งเกี่ยวข้องกับการกำหนดคุณสมบัติที่อธิบายว่าสถานะของระบบควรเปลี่ยนแปลงอย่างไรเพื่อตอบสนองต่อการกระทำต่างๆ
- Integration Testing: แม้ว่าจะใช้เป็นหลักสำหรับการทดสอบหน่วย (unit testing) แต่หลักการของ PBT สามารถนำไปใช้กับการทดสอบการรวมระบบ (integration test) ได้ กำหนดคุณสมบัติที่ควรจะเป็นจริงระหว่างโมดูลหรือคอมโพเนนต์ต่างๆ ของแอปพลิเคชันของคุณ
- Fuzzing: การทดสอบตามคุณสมบัติสามารถใช้เป็นรูปแบบหนึ่งของ fuzzing ซึ่งคุณสร้างอินพุตแบบสุ่มที่อาจไม่ถูกต้องเพื่อค้นหาช่องโหว่ด้านความปลอดภัยหรือพฤติกรรมที่ไม่คาดคิด
ตัวอย่างในโดเมนต่างๆ
การทดสอบตามคุณสมบัติสามารถนำไปใช้กับโดเมนที่หลากหลาย นี่คือตัวอย่างบางส่วน:
- ฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์: ทดสอบคุณสมบัติต่างๆ เช่น การสลับที่ (commutativity) การเปลี่ยนกลุ่ม (associativity) และการแจกแจง (distributivity) สำหรับการดำเนินการทางคณิตศาสตร์
- โครงสร้างข้อมูล: ตรวจสอบคุณสมบัติต่างๆ เช่น การรักษลำดับในรายการที่เรียงลำดับแล้ว หรือจำนวนองค์ประกอบที่ถูกต้องในคอลเลกชัน
- การจัดการสตริง: ทดสอบคุณสมบัติต่างๆ เช่น การกลับสตริง ความถูกต้องของการจับคู่ regular expression หรือความถูกต้องของการแยกวิเคราะห์ URL
- การเชื่อมต่อ API: ตรวจสอบคุณสมบัติต่างๆ เช่น การเรียก API ซ้ำได้ (idempotency) หรือความสอดคล้องของข้อมูลระหว่างระบบต่างๆ
- เว็บแอปพลิเคชัน: ทดสอบคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความถูกต้องของการตรวจสอบความถูกต้องของฟอร์ม (form validation) หรือการเข้าถึงได้ของหน้าเว็บ (accessibility) ตัวอย่างเช่น การตรวจสอบว่ารูปภาพทั้งหมดมี alt text
- การพัฒนาเกม: ทดสอบคุณสมบัติต่างๆ เช่น พฤติกรรมที่คาดเดาได้ของฟิสิกส์ในเกม กลไกการให้คะแนนที่ถูกต้อง หรือการกระจายเนื้อหาที่สร้างขึ้นแบบสุ่มอย่างเป็นธรรม ลองพิจารณาทดสอบการตัดสินใจของ AI ภายใต้สถานการณ์ต่างๆ
- แอปพลิเคชันทางการเงิน: การทดสอบว่าการอัปเดตยอดคงเหลือมีความถูกต้องเสมอหลังจากการทำธุรกรรมประเภทต่างๆ (ฝาก ถอน โอน) เป็นสิ่งสำคัญในระบบการเงิน คุณสมบัติจะบังคับให้มูลค่ารวมยังคงเดิมและถูกจัดสรรอย่างถูกต้อง
ตัวอย่าง Internationalization (i18n): เมื่อต้องจัดการกับ internationalization คุณสมบัติสามารถช่วยให้แน่ใจว่าฟังก์ชันต่างๆ จัดการกับ locale ที่แตกต่างกันได้อย่างถูกต้อง ตัวอย่างเช่น เมื่อจัดรูปแบบตัวเลขหรือวันที่ คุณสามารถตรวจสอบคุณสมบัติเช่น: * ตัวเลขหรือวันที่ที่จัดรูปแบบแล้วนั้น ถูกจัดรูปแบบอย่างถูกต้องสำหรับ locale ที่ระบุ * ตัวเลขหรือวันที่ที่จัดรูปแบบแล้ว สามารถแยกวิเคราะห์กลับไปเป็นค่าดั้งเดิมได้ โดยยังคงความถูกต้อง
ตัวอย่าง Globalization (g11n): เมื่อทำงานกับการแปล คุณสมบัติสามารถช่วยรักษาความสอดคล้องและความถูกต้องได้ ตัวอย่างเช่น: * ความยาวของสตริงที่แปลแล้วนั้นใกล้เคียงกับความยาวของสตริงต้นฉบับอย่างสมเหตุสมผล (เพื่อหลีกเลี่ยงการขยายหรือตัดทอนที่มากเกินไป) * สตริงที่แปลแล้วมี placeholder หรือตัวแปรเดียวกันกับสตริงต้นฉบับ
ข้อผิดพลาดทั่วไปที่ควรหลีกเลี่ยง
- คุณสมบัติที่ไม่สำคัญ (Trivial Properties): หลีกเลี่ยงคุณสมบัติที่เป็นจริงเสมอ ไม่ว่าโค้ดที่กำลังทดสอบจะเป็นอย่างไร คุณสมบัติเหล่านี้ไม่ได้ให้ข้อมูลที่มีความหมายใดๆ
- คุณสมบัติที่ซับซ้อนเกินไป: หลีกเลี่ยงคุณสมบัติที่ซับซ้อนเกินกว่าจะเข้าใจหรือตรวจสอบได้ แบ่งคุณสมบัติที่ซับซ้อนออกเป็นส่วนย่อยๆ ที่จัดการได้ง่ายขึ้น
- การละเลย Edge Case: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณสมบัติของคุณครอบคลุม edge case และเงื่อนไขขอบเขตที่อาจเกิดขึ้นได้
- การตีความตัวอย่างที่ขัดแย้งผิด: วิเคราะห์ตัวอย่างที่เล็กที่สุดที่ล้มเหลวที่เฟรมเวิร์ก PBT จัดหาให้อย่างรอบคอบเพื่อทำความเข้าใจสาเหตุของบั๊ก อย่าด่วนสรุปหรือตั้งสมมติฐาน
- การปฏิบัติต่อ PBT เหมือนเป็นยาวิเศษ: PBT เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพ แต่มันไม่ได้มาแทนที่การออกแบบอย่างรอบคอบ การรีวิวโค้ด และเทคนิคการทดสอบอื่นๆ ใช้ PBT เป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การทดสอบที่ครอบคลุม
สรุป
การทดสอบตามคุณสมบัติเป็นเทคนิคที่มีค่าสำหรับการปรับปรุงคุณภาพและความน่าเชื่อถือของโค้ด JavaScript ของคุณ ด้วยการกำหนดคุณสมบัติที่อธิบายพฤติกรรมที่คาดหวังของโค้ดและให้เฟรมเวิร์ก PBT สร้างอินพุตที่หลากหลาย คุณสามารถค้นพบบั๊กที่ซ่อนอยู่และ edge case ที่คุณอาจพลาดไปจากการทดสอบ unit test แบบดั้งเดิม ไลบรารีอย่าง jsverify และ fast-check ทำให้การนำ PBT ไปใช้ในโปรเจกต์ JavaScript ของคุณเป็นเรื่องง่าย นำ PBT มาเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การทดสอบของคุณและรับประโยชน์จากความครอบคลุมของการทดสอบที่เพิ่มขึ้น คุณภาพโค้ดที่ดีขึ้น และต้นทุนการบำรุงรักษาที่ลดลง จำไว้ว่าให้มุ่งเน้นไปที่การกำหนดคุณสมบัติที่มีความหมาย พิจารณา edge case และวิเคราะห์ตัวอย่างที่ล้มเหลวอย่างรอบคอบเพื่อใช้ประโยชน์สูงสุดจากเทคนิคที่ทรงพลังนี้ ด้วยการฝึกฝนและประสบการณ์ คุณจะกลายเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการทดสอบตามคุณสมบัติและสร้างแอปพลิเคชัน JavaScript ที่แข็งแกร่งและน่าเชื่อถือยิ่งขึ้น