36-代码测试(上):如何编写Go语言单元测试和性能测试用例?

 

每种语言通常都有自己的测试包/模块,Go语言也不例外。在Go中,我们可以通过testing包对代码进行单元测试和性能测试。 

如何测试 Go 代码?

Go语言有自带的测试框架testing,可以用来实现单元测试(T类型)和性能测试(B类型),通过go test命令来执行单元测试和性能测试。

go test 执行测试用例时,是以go包为单位进行测试的。执行时需要指定包名,比如go test 包名,如果没有指定包名,默认会选择执行命令时所在的包。

go test在执行时,会遍历以_test.go结尾的源码文件,执行其中以TestBenchmarkExample开头的测试函数

为了演示如何编写测试用例,我预先编写了4个函数。假设这些函数保存在test目录下的math.go文件中,包名为test,math.go代码如下:

package test

import (
	"fmt"
	"math"
	"math/rand"
)

// Abs returns the absolute value of x.
func Abs(x float64) float64 {
	return math.Abs(x)
}

// Max returns the larger of x or y.
func Max(x, y float64) float64 {
	return math.Max(x, y)
}

// Min returns the smaller of x or y.
func Min(x, y float64) float64 {
	return math.Min(x, y)
}

// RandInt returns a non-negative pseudo-random int from the default Source.
func RandInt() int {
	return rand.Int()
}

 

测试命名规范

在我们对Go代码进行测试时,需要编写测试文件、测试函数、测试变量,它们都需要遵循一定的规范。 

测试文件的命名规范

Go的测试文件名必须以_test.go结尾。例如,如果我们有一个名为person.go的文件,那它的测试文件必须命名为person_test.go。 

包的命名规范

Go的测试可以分为白盒测试和黑盒测试。

  • 白盒测试:将测试和生产代码放在同一个Go包中,这使我们可以同时测试Go包中可导出和不可导出的标识符。当我们编写的单元测试需要访问Go包中不可导出的变量、函数和方法时,就需要编写白盒测试用例。
  • 黑盒测试:将测试和生产代码放在不同的Go包中。这时,我们仅可以测试Go包的可导出标识符。这意味着我们的测试包将无法访问生产代码中的任何内部函数、变量或常量。

在白盒测试中,Go的测试包名称需要跟被测试的包名保持一致,例如:person.go定义了一个person包,则person_test.go的包名也要为person,这也意味着person.goperson_test.go都要在同一个目录中。

在黑盒测试中,Go的测试包名称需要跟被测试的包名不同,但仍然可以存放在同一个目录下。比如,person.go定义了一个person包,则person_test.go的包名需要跟person不同,通常我们命名为person_test

 

函数的命名规范

测试用例函数必须以TestBenchmarkExample开头,例如TestXxxBenchmarkXxxExampleXxxXxx分为任意字母数字的组合,首字母大写。 

除此之外,还有一些社区的约束,这些约束不是强制的,但是遵循这些约束会让我们的测试函数名更加易懂。例如,我们有以下函数:

package main

type Person struct {
	age  int64
}

func (p *Person) older(other *Person) bool {
	return p.age > other.age
}

 

其实,还有其他更好的命名方法。比如,这种情况下,我们可以将函数命名为TestOlderXxx,其中Xxx代表Older函数的某个场景描述。例如,strings.Compare函数有如下测试函数:TestCompareTestCompareIdenticalStringTestCompareStrings

变量的命名规范

Go语言和go test没有对变量的命名做任何约束。 

单元测试用例通常会有一个实际的输出,在单元测试中,我们会将预期的输出跟实际的输出进行对比,来判断单元测试是否通过。为了清晰地表达函数的实际输出和预期输出,可以将这两类输出命名为expected/actual,或者got/want。例如:

if c.expected != actual {
  t.Fatalf("Expected User-Agent '%s' does not match '%s'", c.expected, actual)
}

或者:

if got, want := diags[3].Description().Summary, undeclPlural; got != want {
  t.Errorf("wrong summary for diagnostic 3\ngot:  %s\nwant: %s", got, want)
}

其他的变量命名,我们可以遵循Go语言推荐的变量命名方法,例如:

  • Go中的变量名应该短而不是长,对于范围有限的局部变量来说尤其如此。
  • 变量离声明越远,对名称的描述性要求越高。
  • 像循环、索引之类的变量,名称可以是单个字母(i)。如果是不常见的变量和全局变量,变量名就需要具有更多的描述性。

 

单元测试

单元测试用例函数以 Test 开头,例如 TestXxx 或 Test_xxx ( Xxx 部分为任意字母数字组合,首字母大写)。函数参数必须是 *testing.T,可以使用该类型来记录错误或测试状态。

我们可以调用 testing.T 的 Error 、Errorf 、FailNow 、Fatal 、FatalIf 方法,来说明测试不通过;调用 Log 、Logf 方法来记录测试信息。函数列表和相关描述如下表所示:

下面的代码是两个简单的单元测试函数(函数位于文件math_test.go中):

func TestAbs(t *testing.T) {
    got := Abs(-1)
    if got != 1 {
        t.Errorf("Abs(-1) = %f; want 1", got)
    }
}

func TestMax(t *testing.T) {
    got := Max(1, 2)
    if got != 2 {
        t.Errorf("Max(1, 2) = %f; want 2", got)
    }
}

执行go test命令来执行如上单元测试用例:

$ go test
PASS
ok      github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test    0.002s

go test命令自动搜集所有的测试文件,也就是格式为*_test.go的文件,从中提取全部测试函数并执行。
go test还支持下面三个参数。

  • -v,显示所有测试函数的运行细节:
$ go test -v
=== RUN   TestAbs
--- PASS: TestAbs (0.00s)
=== RUN   TestMax
--- PASS: TestMax (0.00s)
PASS
ok      github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test    0.002s
  • -run < regexp>,指定要执行的测试函数:
$ go test -v -run='TestA.*'
=== RUN   TestAbs
--- PASS: TestAbs (0.00s)
PASS
ok      github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test    0.001s

上面的例子中,我们只运行了以TestA开头的测试函数。

  • -count N,指定执行测试函数的次数:
$ go test -v -run='TestA.*' -count=2
=== RUN   TestAbs
--- PASS: TestAbs (0.00s)
=== RUN   TestAbs
--- PASS: TestAbs (0.00s)
PASS
ok      github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test    0.002s

多个输入的测试用例

前面介绍的单元测试用例只有一个输入,但是很多时候,我们需要测试一个函数在多种不同输入下是否能正常返回。这时候,我们可以编写一个稍微复杂点的测试用例,用来支持多输入下的用例测试。例如,我们可以将TestAbs改造成如下函数:

func TestAbs_2(t *testing.T) {
    tests := []struct {
        x    float64
        want float64
    }{
        {-0.3, 0.3},
        {-2, 2},
        {-3.1, 3.1},
        {5, 5},
    }

    for _, tt := range tests {
        if got := Abs(tt.x); got != tt.want {
            t.Errorf("Abs() = %f, want %v", got, tt.want)
        }
    }
}

上述测试用例函数中,我们定义了一个结构体数组,数组中的每一个元素代表一次测试用例。数组元素的的值包含输入和预期的返回值:

tests := []struct {
    x    float64
    want float64
}{
    {-0.3, 0.3},
    {-2, 2},
    {-3.1, 3.1},
    {5, 5},
}

上述测试用例,将被测函数放在for循环中执行:

   for _, tt := range tests {
        if got := Abs(tt.x); got != tt.want {
            t.Errorf("Abs() = %f, want %v", got, tt.want)
        }
    }

 

上面的测试用例中,我们通过got != tt.want来对比实际返回结果和预期返回结果。我们也可以使用github.com/stretchr/testify/assert包中提供的函数来做结果对比,例如:

func TestAbs_3(t *testing.T) {
    tests := []struct {
        x    float64
        want float64
    }{
        {-0.3, 0.3},
        {-2, 2},
        {-3.1, 3.1},
        {5, 5},
    }

    for _, tt := range tests {
        got := Abs(tt.x)
        assert.Equal(t, got, tt.want)
    }
}

使用assert来对比结果,有下面这些好处:

  • 友好的输出结果,易于阅读。
  • 因为少了if got := Xxx(); got != tt.wang {}的判断,代码变得更加简洁。
  • 可以针对每次断言,添加额外的消息说明,例如assert.Equal(t, got, tt.want, "Abs test")

assert包还提供了很多其他函数,供开发者进行结果对比,例如ZeroNotZeroEqualNotEqualLessTrueNilNotNil等。如果想了解更多函数,你可以参考go doc github.com/stretchr/testify/assert

自动生成单元测试用例

通过上面的学习,你也许可以发现,测试用例其实可以抽象成下面的模型:

用代码可表示为:

func TestXxx(t *testing.T) {
    type args struct {
        // TODO: Add function input parameter definition.
    }

    type want struct {
         // TODO: Add function return parameter definition.
    }
    tests := []struct {
        name string
        args args
        want want
    }{
        // TODO: Add test cases.
    }
    for _, tt := range tests {
        t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {
            if got := Xxx(tt.args); got != tt.want {
                t.Errorf("Xxx() = %v, want %v", got, tt.want)
            }
        })
    }
}

既然测试用例可以抽象成一些模型,那么我们就可以基于这些模型来自动生成测试代码。Go社区中有一些优秀的工具可以自动生成测试代码,我推荐你使用gotests工具。

下面,我来讲讲gotests工具的使用方法,可以分成三个步骤。

第一步,安装gotests工具:

$ go get -u github.com/cweill/gotests/...

gotests命令执行格式为:gotests [options] [PATH] [FILE] ...。gotests可以为PATH下的所有Go源码文件中的函数生成测试代码,也可以只为某个FILE中的函数生成测试代码。

第二步,进入测试代码目录,执行gotests生成测试用例:

$ gotests -all -w .

 

第三步,添加测试用例:

生成完测试用例,你只需要添加需要测试的输入和预期的输出就可以了。下面的测试用例是通过gotests生成的:

func TestUnpointer(t *testing.T) {
    type args struct {
        offset *int64
        limit  *int64
    }
    tests := []struct {
        name string
        args args
        want *LimitAndOffset
    }{
        // TODO: Add test cases.
    }
    for _, tt := range tests {
        t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {
            if got := Unpointer(tt.args.offset, tt.args.limit); !reflect.DeepEqual(got, tt.want) {
                t.Errorf("Unpointer() = %v, want %v", got, tt.want)
            }
        })
    }
}

 补全后的测试用例见gorm_test.go文件。

性能测试

 

性能测试的用例函数必须以Benchmark开头,例如BenchmarkXxxBenchmark_Xxx( Xxx 部分为任意字母数字组合,首字母大写)。

函数参数必须是*testing.B,函数内以b.N作为循环次数,其中N会在运行时动态调整,直到性能测试函数可以持续足够长的时间,以便能够可靠地计时。下面的代码是一个简单的性能测试函数(函数位于文件math_test.go中):

func BenchmarkRandInt(b *testing.B) {
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        RandInt()
    }
}

go test命令默认不会执行性能测试函数,需要通过指定参数-bench <pattern>来运行性能测试函数。-bench后可以跟正则表达式,选择需要执行的性能测试函数,例如go test -bench=".*"表示执行所有的压力测试函数。执行go test -bench=".*"后输出如下:

$ go test -bench=".*"
goos: linux
goarch: amd64
pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
BenchmarkRandInt-4      97384827                12.4 ns/op
PASS
ok      github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test    1.223s

上面的结果只显示了性能测试函数的执行结果。BenchmarkRandInt性能测试函数的执行结果如下:

BenchmarkRandInt-4   	90848414	        12.8 ns/op

每个函数的性能执行结果一共有3列,分别代表不同的意思,这里用上面的函数举例子:

  • BenchmarkRandInt-4BenchmarkRandInt表示所测试的测试函数名,4表示有4个CPU线程参与了此次测试,默认是GOMAXPROCS的值。
  • 90848414 ,说明函数中的循环执行了90848414次。
  • 12.8 ns/op,说明每次循环的执行平均耗时是 12.8 纳秒,该值越小,说明代码性能越高。

如果我们的性能测试函数在执行循环前,需要做一些耗时的准备工作,我们就需要重置性能测试时间计数,例如:

func BenchmarkBigLen(b *testing.B) {
    big := NewBig()
    b.ResetTimer()
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        big.Len()
    }
}

当然,我们也可以先停止性能测试的时间计数,然后再开始时间计数,例如:

func BenchmarkBigLen(b *testing.B) {
	b.StopTimer() // 调用该函数停止压力测试的时间计数
	big := NewBig()
	b.StartTimer() // 重新开始时间
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		big.Len()
	}
}

B类型的性能测试还支持下面 4 个参数。

  • benchmem,输出内存分配统计:
$ go test -bench=".*" -benchmem
goos: linux
goarch: amd64
pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
BenchmarkRandInt-4      96776823                12.8 ns/op             0 B/op          0 allocs/op
PASS
ok      github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test    1.255s

指定了-benchmem参数后,执行结果中又多了两列: 0 B/op,表示每次执行分配了多少内存(字节),该值越小,说明代码内存占用越小;0 allocs/op,表示每次执行分配了多少次内存,该值越小,说明分配内存次数越少,意味着代码性能越高。

  • benchtime,指定测试时间和循环执行次数(格式需要为Nx,例如100x):
$ go test -bench=".*" -benchtime=10s # 指定测试时间
goos: linux
goarch: amd64
pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
BenchmarkRandInt-4      910328618               13.1 ns/op
PASS
ok      github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test    13.260s
$ go test -bench=".*" -benchtime=100x # 指定循环执行次数
goos: linux
goarch: amd64
pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
BenchmarkRandInt-4           100                16.9 ns/op
PASS
ok      github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test    0.003s
  • cpu,指定GOMAXPROCS。
  • timeout,指定测试函数执行的超时时间:
$ go test -bench=".*" -timeout=10s
goos: linux
goarch: amd64
pkg: github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test
BenchmarkRandInt-4      97375881                12.4 ns/op
PASS
ok      github.com/marmotedu/gopractise-demo/31/test    1.224s

总结

代码开发完成之后,我们需要为代码编写单元测试用例,并根据需要,给一些函数编写性能测试用例。Go语言提供了 testing 包,供我们编写测试用例,并通过 go test 命令来执行这些测试用例。

go test在执行测试用例时,会查找具有固定格式的Go源码文件名,并执行其中具有固定格式的函数,这些函数就是测试用例。这就要求我们的测试文件名、函数名要符合 go test 工具的要求:Go的测试文件名必须以 _test.go 结尾;测试用例函数必须以 Test 、 Benchmark 、 Example 开头。此外,我们在编写测试用例时,还要注意包和变量的命名规范。

Go项目开发中,编写得最多的是单元测试用例。单元测试用例函数以 Test 开头,例如 TestXxx 或 Test_xxx (Xxx 部分为任意字母数字组合,首字母大写)。函数参数必须是 *testing.T ,可以使用该类型来记录错误或测试状态。我们可以调用 testing.T 的 Error 、Errorf 、FailNow 、Fatal 、FatalIf 方法,来说明测试不通过;调用 Log 、Logf 方法来记录测试信息。

下面是一个简单的单元测试函数:

func TestAbs(t *testing.T) {
    got := Abs(-1)
    if got != 1 {
        t.Errorf("Abs(-1) = %f; want 1", got)
    }
}

编写完测试用例之后,可以使用 go test 命令行工具来执行这些测试用例。
此外,我们还可以使用gotests工具,来自动地生成单元测试用例,从而减少编写测试用例的工作量。

我们在Go项目开发中,还经常需要编写性能测试用例。性能测试用例函数必须以Benchmark开头,以*testing.B 作为函数入参,通过 go test -bench <pattern> 运行。

课后练习

  1. 编写一个 PrintHello 函数,该函数会返回 Hello World 字符串,并编写单元测试用例,对 PrintHello 函数进行测试。
  2. 思考一下,哪些场景下采用白盒测试,哪些场景下采用黑盒测试?

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