Стратегії тестування JavaScript: реалізація Property-Based Testing

Тестування є невід'ємною частиною розробки програмного забезпечення, що гарантує надійність та стійкість наших застосунків. Хоча юніт-тести зосереджені на конкретних вхідних даних та очікуваних результатах, property-based testing (PBT) пропонує більш комплексний підхід, перевіряючи, що ваш код відповідає заздалегідь визначеним властивостям для широкого спектра автоматично згенерованих вхідних даних. Ця стаття занурюється у світ property-based testing в JavaScript, розглядаючи його переваги, техніки реалізації та популярні бібліотеки.

Що таке Property-Based Testing?

Property-based testing (тестування на основі властивостей), також відоме як генеративне тестування, зміщує фокус з тестування окремих прикладів на перевірку властивостей, які мають залишатися істинними для цілого діапазону вхідних даних. Замість написання тестів, які перевіряють конкретні результати для конкретних вхідних даних, ви визначаєте властивості, що описують очікувану поведінку вашого коду. Фреймворк PBT генерує велику кількість випадкових вхідних даних і перевіряє, чи є властивості істинними для всіх них. Якщо властивість порушується, фреймворк намагається скоротити вхідні дані, щоб знайти найменший приклад, що призводить до збою, полегшуючи налагодження.

Уявіть, що ви тестуєте функцію сортування. Замість тестування з кількома відібраними вручну масивами, ви можете визначити властивість, наприклад: "Довжина відсортованого масиву дорівнює довжині вихідного масиву" або "Усі елементи у відсортованому масиві більші або дорівнюють попередньому елементу". Фреймворк PBT згенерує безліч масивів різного розміру та вмісту, гарантуючи, що ваша функція сортування задовольняє ці властивості в широкому діапазоні сценаріїв.

Переваги Property-Based Testing

• Збільшене покриття тестами: PBT досліджує набагато ширший діапазон вхідних даних, ніж традиційні юніт-тести, виявляючи граничні випадки та несподівані сценарії, які ви могли б не врахувати вручну.
• Покращена якість коду: Визначення властивостей змушує вас глибше замислюватися над очікуваною поведінкою вашого коду, що призводить до кращого розуміння проблемної області та більш надійної реалізації.
• Зниження витрат на підтримку: Тести на основі властивостей більш стійкі до змін у коді, ніж тести на основі прикладів. Якщо ви рефакторите код, але зберігаєте ті самі властивості, PBT-тести продовжуватимуть проходити, даючи вам впевненість, що ваші зміни не внесли регресій.
• Простіше налагодження: Коли властивість не виконується, фреймворк PBT надає мінімальний приклад, що спричиняє збій, що полегшує виявлення першопричини помилки.
• Краща документація: Властивості слугують формою виконуваної документації, чітко окреслюючи очікувану поведінку вашого коду.

Реалізація Property-Based Testing у JavaScript

Кілька бібліотек JavaScript полегшують тестування на основі властивостей. Два популярні варіанти — jsverify та fast-check. Розглянемо, як використовувати кожну з них на практичних прикладах.

Використання jsverify

jsverify — це потужна і давно відома бібліотека для property-based testing у JavaScript. Вона надає багатий набір генераторів для створення випадкових даних, а також зручний API для визначення та запуску властивостей.

Встановлення:

            npm install jsverify
            

              
                Copy
              
            
          

Приклад: тестування функції додавання

Припустимо, у нас є проста функція додавання:

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

              
                Copy
              
            
          

Ми можемо використовувати jsverify, щоб визначити властивість, яка стверджує, що додавання є комутативним (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
              
            
          

У цьому прикладі:

• jsc.property визначає властивість з описовою назвою.
• 'number', 'number' вказують, що властивість слід тестувати з випадковими числами як вхідними даними для a та b. jsverify надає широкий спектр вбудованих генераторів для різних типів даних.
• Функція function(a, b) { ... } визначає саму властивість. Вона приймає згенеровані вхідні дані a та b і повертає true, якщо властивість виконується, і false в іншому випадку.

Коли ви запустите цей тест, jsverify згенерує сотні випадкових пар чисел і перевірить, чи виконується комутативна властивість для всіх них. Якщо він знайде контрприклад, він повідомить про вхідні дані, що спричинили збій, і спробує скоротити їх до мінімального прикладу.

Складніший приклад: тестування функції розвороту рядка

Ось функція розвороту рядка:

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

              
                Copy
              
            
          

Ми можемо визначити властивість, яка стверджує, що подвійний розворот рядка повинен повертати вихідний рядок:

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

            

              
                Copy
              
            
          

jsverify згенерує випадкові рядки різної довжини та вмісту та перевірить, чи виконується ця властивість для всіх них.

Використання fast-check

fast-check — ще одна чудова бібліотека для property-based testing у JavaScript. Вона відома своєю продуктивністю та орієнтацією на надання гнучкого API для визначення генераторів та властивостей.

Встановлення:

            npm install fast-check
            

              
                Copy
              
            
          

Приклад: тестування функції додавання

Використовуючи ту ж функцію додавання, що й раніше:

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

              
                Copy
              
            
          

Ми можемо визначити комутативну властивість за допомогою 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
              
            
          

У цьому прикладі:

• fc.assert запускає тест на основі властивостей.
• fc.property визначає властивість.
• fc.integer() вказує, що властивість слід тестувати з випадковими цілими числами як вхідними даними для a та b. fast-check також надає широкий спектр вбудованих арбітраріїв (генераторів).
• Лямбда-вираз (a, b) => { ... } визначає саму властивість.

Складніший приклад: тестування функції розвороту рядка

Використовуючи ту ж функцію розвороту рядка, що й раніше:

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

              
                Copy
              
            
          

Ми можемо визначити властивість подвійного розвороту за допомогою fast-check:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Вибір між jsverify та fast-check

І jsverify, і fast-check є чудовим вибором для property-based testing у JavaScript. Ось коротке порівняння, яке допоможе вам вибрати правильну бібліотеку для вашого проєкту:

• jsverify: Має довшу історію та більш велику колекцію вбудованих генераторів. Це може бути хорошим вибором, якщо вам потрібні специфічні генератори, недоступні в fast-check, або якщо ви віддаєте перевагу більш декларативному стилю.
• fast-check: Відомий своєю продуктивністю та гнучким API. Це може бути кращим вибором, якщо продуктивність є критичною, або якщо ви віддаєте перевагу більш лаконічному та виразному стилю. Його можливості скорочення (shrinking) також вважаються дуже хорошими.

Зрештою, найкращий вибір залежить від ваших конкретних потреб та уподобань. Варто поекспериментувати з обома бібліотеками, щоб побачити, яка з них вам здається більш зручною та ефективною.

Стратегії написання ефективних тестів на основі властивостей

Написання ефективних тестів на основі властивостей вимагає іншого мислення, ніж написання традиційних юніт-тестів. Ось кілька стратегій, які допоможуть вам отримати максимальну користь від PBT:

• Зосереджуйтесь на властивостях, а не на прикладах: Думайте про фундаментальні властивості, яким повинен задовольняти ваш код, а не зосереджуйтесь на конкретних парах вхід-вихід.
• Починайте з простого: Почніть з простих властивостей, які легко зрозуміти та перевірити. Коли ви набудете впевненості, ви зможете додавати більш складні властивості.
• Використовуйте описові назви: Давайте вашим властивостям описові назви, які чітко пояснюють, що вони тестують.
• Враховуйте граничні випадки: Хоча PBT автоматично генерує широкий діапазон вхідних даних, все ж важливо враховувати потенційні граничні випадки та переконуватися, що ваші властивості їх покривають. Ви можете використовувати такі техніки, як умовні властивості, для обробки особливих випадків.
• Скорочуйте приклади, що призводять до збою: Коли властивість не виконується, зверніть увагу на мінімальний приклад, наданий фреймворком PBT. Цей приклад часто дає цінні підказки про першопричину помилки.
• Поєднуйте з юніт-тестами: PBT не замінює юніт-тести, а радше доповнює їх. Використовуйте юніт-тести для перевірки конкретних сценаріїв та граничних випадків, а PBT — для того, щоб переконатися, що ваш код задовольняє загальні властивості для широкого діапазону вхідних даних.
• Гранулярність властивостей: Враховуйте гранулярність ваших властивостей. Занадто широка властивість може ускладнити діагностику збою. Занадто вузька — і ви фактично пишете юніт-тести. Ключовим є знаходження правильного балансу.

Розширені техніки Property-Based Testing

Як тільки ви освоїте основи тестування на основі властивостей, ви зможете дослідити деякі розширені техніки для подальшого вдосконалення вашої стратегії тестування:

• Умовні властивості: Використовуйте умовні властивості для тестування поведінки, яка застосовується лише за певних умов. Наприклад, ви можете захотіти протестувати властивість, яка застосовується лише тоді, коли вхідні дані є додатним числом.
• Власні генератори: Створюйте власні генератори для генерації даних, специфічних для вашої прикладної області. Це дозволяє тестувати ваш код з більш реалістичними та релевантними вхідними даними.
• Тестування зі станом (Stateful testing): Використовуйте техніки тестування зі станом для перевірки поведінки систем зі станом, таких як скінченні автомати або реактивні застосунки. Це включає визначення властивостей, які описують, як стан системи повинен змінюватися у відповідь на різні дії.
• Інтеграційне тестування: Хоча PBT переважно використовується для юніт-тестування, його принципи можна застосовувати і до інтеграційних тестів. Визначайте властивості, які повинні бути істинними для різних модулів або компонентів вашого застосунку.
• Фаззінг (Fuzzing): Тестування на основі властивостей можна використовувати як форму фаззінгу, де ви генеруєте випадкові, потенційно недійсні вхідні дані для виявлення вразливостей безпеки або несподіваної поведінки.

Приклади в різних сферах

Тестування на основі властивостей можна застосовувати до найрізноманітніших сфер. Ось кілька прикладів:

• Математичні функції: Тестуйте такі властивості, як комутативність, асоціативність та дистрибутивність для математичних операцій.
• Структури даних: Перевіряйте такі властивості, як збереження порядку у відсортованому списку або правильна кількість елементів у колекції.
• Маніпуляції з рядками: Тестуйте такі властивості, як розворот рядків, коректність співставлення регулярних виразів або валідність розбору URL-адрес.
• Інтеграції з API: Перевіряйте такі властивості, як ідемпотентність викликів API або узгодженість даних між різними системами.
• Вебзастосунки: Тестуйте такі властивості, як коректність валідації форм або доступність вебсторінок. Наприклад, перевірка того, що всі зображення мають alt-текст.
• Розробка ігор: Тестуйте такі властивості, як передбачувана поведінка ігрової фізики, правильний механізм нарахування очок або справедливий розподіл випадково згенерованого контенту. Розгляньте можливість тестування прийняття рішень ШІ за різних сценаріїв.
• Фінансові застосунки: Тестування того, що оновлення балансу завжди точні після різних типів транзакцій (депозити, зняття, перекази), є вирішальним у фінансових системах. Властивості забезпечуватимуть, що загальна вартість зберігається і правильно розподіляється.

Приклад інтернаціоналізації (i18n): При роботі з інтернаціоналізацією, властивості можуть гарантувати, що функції коректно обробляють різні локалі. Наприклад, при форматуванні чисел або дат, ви можете перевірити такі властивості, як: * Відформатоване число або дата коректно відформатовані для вказаної локалі. * Відформатоване число або дату можна розпарсити назад до початкового значення, зберігаючи точність.

Приклад глобалізації (g11n): При роботі з перекладами, властивості можуть допомогти підтримувати послідовність і точність. Наприклад: * Довжина перекладеного рядка є розумно близькою до довжини оригінального рядка (щоб уникнути надмірного розширення або скорочення). * Перекладений рядок містить ті самі плейсхолдери або змінні, що й оригінальний рядок.

Поширені пастки, яких слід уникати

• Тривіальні властивості: Уникайте властивостей, які завжди є істинними, незалежно від коду, що тестується. Ці властивості не надають жодної значущої інформації.
• Надмірно складні властивості: Уникайте властивостей, які занадто складні для розуміння або перевірки. Розбивайте складні властивості на менші, більш керовані.
• Ігнорування граничних випадків: Переконайтеся, що ваші властивості покривають потенційні граничні випадки та граничні умови.
• Неправильне тлумачення контрприкладів: Ретельно аналізуйте мінімальні приклади, що призводять до збою, надані фреймворком PBT, щоб зрозуміти першопричину помилки. Не робіть поспішних висновків і не робіть припущень.
• Сприйняття PBT як "срібної кулі": PBT — це потужний інструмент, але він не замінює ретельного проєктування, код-рев'ю та інших технік тестування. Використовуйте PBT як частину комплексної стратегії тестування.

Висновок

Property-based testing — це цінна техніка для підвищення якості та надійності вашого коду на JavaScript. Визначаючи властивості, що описують очікувану поведінку вашого коду, і дозволяючи фреймворку PBT генерувати широкий діапазон вхідних даних, ви можете виявити приховані помилки та граничні випадки, які могли б пропустити при традиційних юніт-тестах. Бібліотеки, такі як jsverify та fast-check, полегшують впровадження PBT у ваших проєктах на JavaScript. Включіть PBT у свою стратегію тестування та скористайтеся перевагами збільшеного покриття тестами, покращеної якості коду та зниження витрат на підтримку. Пам'ятайте, що потрібно зосереджуватися на визначенні значущих властивостей, враховувати граничні випадки та ретельно аналізувати приклади з помилками, щоб отримати максимальну користь від цієї потужної техніки. З практикою та досвідом ви станете майстром тестування на основі властивостей і створюватимете більш надійні та стійкі застосунки на JavaScript.

Додаткові ресурси

• Документація jsverify
• Документація fast-check
• Hypothesis (бібліотека PBT для Python) - концепції застосовні для різних мов
• Property-Based Testing у JavaScript (відео)