为什么程序员一定要写单元测试？

大家好，我是鱼皮，很多初学编程的同学都会认为 “程序员的工作只有开发新功能，功能做完了就完事儿”。但其实不然，保证程序的正常运行、提高程序的稳定性和质量也是程序员的核心工作。

之前给大家分享过企业项目的完整开发流程，其中有一个关键步骤叫 “单元测试”，这篇文章就来聊聊程序员如何编写单元测试吧。

什么是单元测试？

单元测试（Unit Testing，简称 UT）是软件测试的一种，通常由开发者编写测试代码并运行。相比于其他的测试类型（比如系统测试、验收测试），它关注的是软件的最小可测试单元。

什么意思呢？

假如我们要实现用户注册功能，可能包含很多个子步骤，比如：

校验用户输入是否合法
校验用户是否已注册
向数据库中添加新用户

其中，每个子步骤可能都是一个小方法。如果我们要保证用户注册功能的正确可用，那么就不能只测试注册成功的情况，而是要尽量将每个子步骤都覆盖到，分别针对每个小方法做测试。比如输入各种不同的账号密码组合来验证 “校验用户输入是否合法” 这一步骤在成功和失败时的表现是否符合预期。

同理，如果我们要开发一个很复杂的系统，可能包含很多小功能，每个小功能都是一个单独的类，我们也需要针对每个类编写单元测试。因为只有保证每个小功能都是正确的，整个复杂的系统才能正确运行。

单元测试的几个核心要点是：

最小化测试范围：单元测试通常只测试代码的一个非常小的部分，以确保测试的简单和准确。
自动化：单元测试应该是自动化的，开发人员可以随时运行它们来验证代码的正确性，特别是在修改代码后。而不是每次都需要人工去检查。
快速执行：每个单元测试的执行时间不能过长，应该尽量做到轻量、有利于频繁执行。
独立性：每个单元测试应该独立于其他测试，不依赖于外部系统或状态，以确保测试的可靠性和可重复性。

为什么需要单元测试？

通过编写和运行单元测试，开发者能够快速验证代码的各个部分是否按照预期工作，有利于保证系统功能的正确可用，这是单元测试的核心作用。

此外，单元测试还有很多好处，比如：

1）改进代码：编写单元测试的过程中，开发者能够再次审视业务流程和功能的实现，更容易发现一些代码上的问题。比如将复杂的模块进一步拆解为可测试的单元。

2）利于重构：如果已经编写了一套可自动执行的单元测试代码，那么每次修改代码或重构后，只需要再自动执行一遍单元测试，就知道修改是否正确了，能够大幅提高效率和项目稳定性。

3）文档沉淀：编写详细的单元测试本身也可以作为一种文档，说明代码的预期行为。

鱼皮以自己的一个实际开发工作来举例单元测试的重要性。我曾经编写过一个 SQL 语法解析模块，需要将 10000 多条链式调用的语法转换成标准的 SQL 语句。但由于细节很多，每次改进算法后，我都不能保证转换 100% 正确，总会人工发现那么几个错误。所以我编写了一个单元测试来自动验证解析是否正确，每次改完代码后执行一次，就知道解析是否完全成功了。大幅提高效率。

所以无论是后端还是前端程序员，都建议把编写单元测试当做一种习惯，真的能够有效提升自己的编码质量。

如何编写单元测试？

以 Java 开发为例，我们来学习如何编写单元测试。

Java 开发中，最流行的单元测试框架当属 JUnit 了，它提供了一系列的类和方法，可以帮助我们快速检验代码的行为。

1、引入 JUnit

首先我们要在项目中引入 JUnit，演示 2 种方式：

Maven 项目引入

在 pom.xml 文件中引入 JUnit 4 的依赖：

<dependency>
    <groupId>junit</groupId>
    <artifactId>junit</artifactId>
    <version>4.13.2</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>

Spring Boot 项目引入

如果在 Spring Boot 中使用 JUnit 单元测试，直接引入 spring-boot-starter-test 包即可：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
    <scope>test</scope>
</dependency>

然后会自动引入 JUnit Jupiter，它是 JUnit 5（新版本）的一部分，提供了全新的编写和执行单元测试的方式，更灵活易用。不过学习成本极低，会用 JUnit 4，基本就会用 JUnit Jupiter。

2、编写单元测试

编写一个单元测试通常包括三个步骤：准备测试数据、执行要测试的代码、验证结果。

一般来说，每个类对应一个单元测试类，每个方法对应一个单元测试方法。

编写 JUnit 单元测试

比如我们要测试一个计算器的求和功能，示例代码如下：

import org.junit.Test;
import org.junit.Assert;

public class CalculatorTest {

    // 通过 Test 注解标识测试方法
    @Test
    public void testAdd() {
        // 准备测试数据
        long a = 2;
        long b = 3;
        
        // 执行要测试的代码
        Calculator calculator = new Calculator();
        int result = calculator.add(2, 3);
        
        // 验证结果
        Assert.assertEquals(5, result);
    }
}

上述代码中的 Assert 类是关键，提供了很多断言方法，比如 assertEquals（是否相等）、assertNull（是否为空）等，用来对比程序实际输出的值和我们预期的值是否一致。

如果结果正确，会看到如下输出：

如果结果错误，输出如下，能够清晰地看到执行结果的差异：

Spring Boot 项目单测

如果是 Spring Boot 项目，我们经常需要对 Mapper 和 Service Bean 进行测试，则需要使用 @SpringBootTest 注解来标识单元测试类，以开启对依赖注入的支持。

以测试用户注册功能为例，示例代码如下：

import org.junit.jupiter.api.Assertions;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

import javax.annotation.Resource;

@SpringBootTest
public class UserServiceTest {

    @Resource
    private UserService userService;

    @Test
    void userRegister() {
        // 准备数据
        String userAccount = "yupi";
        String userPassword = "";
        String checkPassword = "123456";
        // 执行测试
        long result = userService.userRegister(userAccount, userPassword, checkPassword);
        // 验证结果
        Assertions.assertEquals(-1, result);
        // 再准备一组数据，重复测试流程
        userAccount = "yu";
        result = userService.userRegister(userAccount, userPassword, checkPassword);
        Assertions.assertEquals(-1, result);
    }
}

3、生成测试报告

如果系统的单元测试数量非常多（比如 1000 个），那么只验证某个单元测试用例是否正确、查看单个结果是不够的，我们需要一份全面完整的单元测试报告，便于查看单元测试覆盖度、评估测试效果和定位问题。

测试覆盖度 是衡量测试过程中被测试到的代码量的一个指标，一般情况下越高越好。测试覆盖度 100% 表示整个系统中所有的方法和关键语句都被测试到了。

下面推荐 2 种生成单元测试报告的方法。

使用 IDEA 生成单测报告

直接在 IDEA 开发工具中选择 Run xxx with Coverage 执行单元测试类：

然后就能看到测试覆盖度报告了，如下图：

显然 Main 方法没有被测试到，所以显示 0%。

除了在开发工具中查看测试报告外，还可以导出报告为 HTML 文档：

导出后，会得到一个 HTML 静态文件目录，打开 index.html 就能在浏览器中查看更详细的单元测试报告了：

这种方式简单灵活，不用安装任何插件，比较推荐大家日常学习使用。

使用 jacoco 生成单测报告

JaCoCo 是一个常用的 Java 代码覆盖度工具，能够自动根据单元测试执行结果生成详细的单测报告。

它的用法也很简单，推荐按照官方文档中的步骤使用。

官方文档指路：https://www.eclemma.org/jacoco/trunk/doc/maven.html

首先在 Maven 的 pom.xml 文件中引入：

<plugin>
  <groupId>org.jacoco</groupId>
  <artifactId>jacoco-maven-plugin</artifactId>
  <version>0.8.11</version>
</plugin>

当然，只引入 JaCoCo 插件还是不够的，我们通常希望在执行单元测试后生成报告，所以还要增加 executions 执行配置，示例代码如下：

<plugin>
    <groupId>org.jacoco</groupId>
    <artifactId>jacoco-maven-plugin</artifactId>
    <version>0.8.11</version>
    <configuration>
        <includes>
            <include>com/**/*</include>
        </includes>
    </configuration>
    <executions>
        <execution>
            <id>pre-test</id>
            <goals>
                <goal>prepare-agent</goal>
            </goals>
        </execution>
        <execution>
            <id>post-test</id>
            <phase>test</phase>
            <goals>
                <goal>report</goal>
            </goals>
        </execution>
    </executions>
</plugin>