自动化测试

Hi，我是阿昌，今天学习记录的是关于自动化测试的内容。

自动化测试是一个很容易产生“争议”的话题，也经常会有一些很有意思的问题。

• 自动化测试不是应该由测试同学来编写吗，开发是不是没有必要学吧？
• 之前一个自动化测试都没写过，怎么开始落地呢？
• 编写自动化测试代码意味着要写更多的代码，这能带来什么好处呢？

在这个过程中的代码”

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一、示例介绍

这个示例是一个登录的场景。

当用户在登录页面输入正确的账户和密码时，能正常跳转到登录界面，否则提示登录失败的信息。

下面是关键的代码。

• 登录页面代码

public class LoginActivity extends AppCompatActivity {
    private LoginLogic loginLogic = new LoginLogic();

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_login);
        final EditText usernameEditText = findViewById(R.id.username);
        final EditText passwordEditText = findViewById(R.id.password);
        final Button loginButton = findViewById(R.id.login);
        loginButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                boolean success = loginLogic.login(LoginActivity.this,usernameEditText.getText().toString(),
                        passwordEditText.getText().toString());
                if (success) {
                    //登录成功跳转主界面
                    startActivity(new Intent(LoginActivity.this, MainActivity.class));
                } else {
                    //登录失败进行提示
                    Toast.makeText(LoginActivity.this, "login failed", Toast.LENGTH_LONG).show();
                }
            }
        });
    }
}

• 登录逻辑代码

public class LoginLogic {
    public boolean login(Context context,String username, String password) {
        if (!isUserNameValid(username) || !isPasswordValid(password)) {
            return false;
        } else {
            //通过服务器判断账户及密码的有效性
            boolean result = checkFromServer(username, password);
            if (result) {
                //登录成功保持本地的信息
                SharedPreferencesUtils.put(context, username, password);
            }
            return result;
        }
    }
    // 为了进行演示，去除通过服务器鉴定的逻辑，当用户输入特定账号及密码为时则验证成功
    private static boolean checkFromServer(String username, String password) {
        if (username.equals("123@163.com") && password.equals("123456")) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    private boolean isUserNameValid(String username) {
        if (username == null) {
            return false;
        }
        if (username.contains("@")) {
            return Patterns.EMAIL_ADDRESS.matcher(username).matches();
        } else {
            return !username.trim().isEmpty();
        }
    }
    private boolean isPasswordValid(String password) {
        return password != null && password.trim().length() > 5;
    }
}

注意，这里为了简化演示，将验证的逻辑写死在本地了。另外，账户密码有两个核心的验证规则。

• 账户不能为空，需要符合邮箱规则。
• 密码不能为空，长度需要超过 5 个字符。

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二、搭建测试环境

当通过默认的编辑器创建新的项目工程时，编辑器会自动创建好测试的运行配置，一般无需修改。

如果要增加测试框架，就把测试框架的 Maven 坐标添加到对应的 dependencies 中即可。

Gradle 中的测试相关配置代码是后面这样。

android{
	  defaultConfig {
	    testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"
	}
	dependencies {
	    testImplementation 'junit:junit:4.13.2'
	    androidTestImplementation 'androidx.test.ext:junit:1.1.3'
	    androidTestImplementation 'androidx.test.espresso:espresso-core:3.4.0'
	}
}

接下来，在默认的 /src/test 或 /src/androidTest 目录下编写用例。

注意，test 目录的用例运行不依赖于设备，androidTest 目录下的用例运行需要依赖设备。

一般来说，自动化测试分为小型、中型和大型三种，逐个看看这三种测试怎么落地。

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三、小型自动化测试实践

小型测试是指单元测试，用于验证应用的行为，一次验证一个类。

在这个示例中，LoginLogic 主要承担的是登录逻辑，这里就以账户密码的验证逻辑为例，演示一下小型测试的编写，这两个逻辑的主要规则是这样。

• 账户不能为空，需要符合邮箱规则。
• 密码不能为空，长度需要超过 5 个字符。

接着，设计对应的测试用例。

注意，用例的设计应该包含正常和异常的验证场景，具体的测试场景是后面这样。

• 输入大于 6 个字符长度的密码，验证成功。
• 输入为 Null 的字符，验证失败。
• 输入小于 5 个字符长度的密码，验证失败。
• 输入等于 5 个字符长度的密码，验证失败。

下面新建一个 LoginLogicTest 的测试类，按照上述的测试场景编写用例。

这里我会采用 given（输入）、when（执行）、then（结果）的形式，让用例更加结构化，便于理解和维护。

具体的测试用例代码如下：

public class LoginLogicTest {
    @Test
    public void should_return_false_when_password_is_null() {
        LoginLogic loginLogic = new LoginLogic();
        String password = null;
        boolean result = loginLogic.isPasswordValid(password);
        Assert.assertFalse(result);
    }
    @Test
    public void should_return_false_when_password_length_is_less_than_5() {
        LoginLogic loginLogic = new LoginLogic();
        String password = "1234";
        boolean result = loginLogic.isPasswordValid(password);
        Assert.assertFalse(result);
    }
    @Test
    public void should_return_false_when_password_length_is_equal_5() {
        LoginLogic loginLogic = new LoginLogic();
        String password = "12345";
        boolean result = loginLogic.isPasswordValid(password);
        Assert.assertFalse(result);
    }
    @Test
    public void should_return_true_when_password_length_greater_than_5() {
        LoginLogic loginLogic = new LoginLogic();
        String password = "123456";
        boolean result = loginLogic.isPasswordValid(password);
        Assert.assertTrue(result);
    }
}

通过点击用例旁的运行箭头可以执行用例，如下图所示。

运行完就可以直接查看运行结果了，如下图所示。

可以看出小型测试的执行时间还是比较快的，4 个用例总共用了 7 ms。

此外，还可以用另一种方式执行测试用例：使用命令行./gradlew test，运行 test 目录下的测试用例，如下图所示。

执行完测试后，在 /build/reports/tests 下可以查看到对应的测试报告，报告截图如下所示，从中能得到每个用例具体的执行情况和执行时间。

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四、中型自动化测试实践

中型测试是指集成测试，用于验证模块内堆栈级别之间的互动或相关模块之间的互动。

常用的测试框架有两种：Robolectric 和 Espresso。

在登录示例中，当 LoginLogic 的 login 方法被调用时，程序主逻辑首先会执行对账户名和密码的校验，接着通过服务器对账户密码的有效性做校验。

当登录成功时，程序主逻辑会通过 SharedPreferences 保存用户的信息，并在最后返回登录的状态。

从示例代码中可以看出，LoginActivity 类主要都是 UI 的操作，所以对该类主要覆盖的是 UI 相关的测试；

对于 LoginLogic 的类核心方法，login 主要负责整体的业务验证逻辑。

如何通过 Espresso 和 Robolectric 对这两个类进行中型自动化测试的覆盖。

1、Espresso 的使用

Espresso 是 Google 官方提供的界面测试框架，使用简洁且可靠。

它可以声明预期、交互和断言，不用直接访问底层应用的 Activity 和视图，可以防止测试不稳定，提高测试运行的速度。

根据用户 UI 上的主要操作，将覆盖以下两个主要的业务场景。

• 用户输入正确的用户名（123@163.com）和密码（123456），点击登录按钮能成功跳转到登录界面。
• 用户输入错误的用户名（123）和密码（456），点击登录按钮提示登录失败的 Toast。

根据测试场景，使用 Espresso 对 LoginActivity 设计的测试用例代码如下。

 public class LoginActivityTest {
    @Test
    public void should_start_main_activity_when_execute_login_given_valid_username_and_password() {
        ActivityScenario.launch(LoginActivity.class);
        onView(withId(R.id.username)).perform(typeText("123@163.com"));
        onView(withId(R.id.password)).perform(typeText("123456"));
        Intents.init();
        onView(withId(R.id.login)).perform(click());
        intended(allOf(
                toPackage("com.jkb.junbin.autotestdemo"),
                hasComponent(hasClassName(MainActivity.class.getName()))));
    }
    @Test
    public void should_show_failed_toast_when_execute_login_given_invalid_username_and_password() {
        ActivityScenario<LoginActivity> launch = ActivityScenario.launch(LoginActivity.class);
        onView(withId(R.id.username)).perform(typeText("123"));
        onView(withId(R.id.password)).perform(typeText("456"));
        onView(withId(R.id.login)).perform(click());
        View decorView = null;
        launch.onActivity(activity -> {
            activity.getWindow().getDecorView();
        });
        onView(withText("login failed")).inRoot(withDecorView(not(decorView))).check(matches(isDisplayed()));
    }
}

Espresso 提供的 API 能方便地进行元素的定位、执行操作和断言。

在上述两个用例中，用 onView 定位元素，用 perform 执行操作，用 check 进行断言。

如果想了解 Espresso 更多的操作 API，可以参考官网的介绍。

执行完上述用例后，运行结果是下图这样：

可以看到，这两个测试用例在模拟器中整体的运行时间在 5s 左右。

相比小型测试，中型测试耗时会更长。

并且用例运行需要依赖设备，这让运行测试的成本更高。

用例的执行过程如下图所示：

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2、Robolectric 的使用

Robolectric 框架能为 Android 带来快速可靠的测试。

具体来说，依赖该框架的测试用例无须在真机或者模拟器上运行，在本地工作站上的 JVM 内完成运行即可，一般只需要几秒。

下面以 LoginLogic 的 login 方法为例，介绍一下 Robolectric 的使用。

这里需要覆盖下面三个主要的业务场景。

• 传入空的字符串或者密码，返回失败。
• 传入错误的账户及密码，返回失败。
• 传入正确的账户及密码，返回成功，并且进行数据缓存。

后面是测试用例的代码。

@RunWith(RobolectricTestRunner.class)
public class LoginLoginMediumTest {
    private final Context mContext = InstrumentationRegistry.getInstrumentation().getContext();
    @Test
    public void should_return_false_when_given_invalid_username_or_password() {
        LoginLogic loginLogic = new LoginLogic();
        boolean nullUserNameResult = loginLogic.login(mContext, null, "123");
        Assert.assertFalse(nullUserNameResult);
        boolean nullPasswordResult = loginLogic.login(mContext, "123", null);
        Assert.assertFalse(nullPasswordResult);
    }
    @Test
    public void should_return_false_when_given_error_username_and_password() {
        //验证错误的账户及密码
        boolean result = new LoginLogic().login(mContext, "123", "456");
        Assert.assertFalse(result);
    }
    @Test
    public void should_return_true_when_given_correct_username_and_password() {
        String username = "123@163.com";
        String password = "123456";
        //验证正确的账户及密码
        boolean result = new LoginLogic().login(mContext, username, password);
        Assert.assertTrue(result);
        //验证存在缓存信息
        String cachePassword = (String) SharedPreferencesUtils.get(mContext, username, "");
        Assert.assertEquals(password, cachePassword);
    }
}

关于 Robolectric 的 API，可以参考官网的介绍。

执行上述测试用例后，运行结果如下图。

从结果可以看出，用 Robolectric 框架进行测试，用例的执行时间在毫秒到秒之间。其中第二个用例的执行耗时超过 2s，是因为启动 Robolectric 框架需要一定的时间。同时我们也能体会到 Robolectric 的核心优势：无须依赖设备，可以快速在本地的 JVM 进行验证，得到快速的反馈。

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五、大型自动化测试实践

大型测试是指端到端测试，用于验证跨越了应用的多个模块的用户操作流程。

前面介绍的 Espresso 和 Robolectric 主要是针对单个页面的测试场景，在实际的应用业务场景中，还有涉及跨应用和系统 UI 交互的场景。

通常会用 UI Automator 完成大型测试。

UI Automator 是一个界面测试框架，适用于整个系统和多个已安装应用间的跨应用功能界面测试。

它提供了一组 API，用于构建在用户应用和系统应用上执行交互的界面测试。

通过 UI Automator API，可以在测试设备中执行打开“设置”菜单或应用启动器等操作。

相比 Espresso 和 Robolectric 编写的白盒测试用例，UI Automator 测试框架非常适合编写黑盒式自动化测试，此类测试的测试代码不依赖于目标应用的内部实现细节。下面继续对登录示例进行完整的功能测试。

完整的用户测试场景是这样的：

用户在手机的任意界面，返回桌面启动测试的应用登录界面，然后输入正确的用户名和密码，成功跳转到主界面，验证主界面上显示的用户信息是否正确。这个用户场景会涉及到多个应用，其中包括了桌面和目标测试应用。

另外，应用内还会涉及到多个页面，主要是登录界面和主界面。

现在使用 UI Automator 框架进行测试，用例代码是这样。

@RunWith(AndroidJUnit4.class)
public class SmellTest {
    private static final String BASIC_SAMPLE_PACKAGE
            = "com.example.sample";
    private static final int LAUNCH_TIMEOUT = 5000;
    private UiDevice mDevice;
    @Before
    public void startActivityFromHomeScreen() {
        // 初始化UiDevice
        mDevice = UiDevice.getInstance(InstrumentationRegistry.getInstrumentation());
        // 回到主界面
        mDevice.pressHome();
        // 等待launcher
        final String launcherPackage = mDevice.getLauncherPackageName();
        assertThat(launcherPackage, notNullValue());
        mDevice.wait(Until.hasObject(By.pkg(launcherPackage).depth(0)),
                LAUNCH_TIMEOUT);
        // 启动目标APP
        Context context = ApplicationProvider.getApplicationContext();
        final Intent intent = context.getPackageManager()
                .getLaunchIntentForPackage(BASIC_SAMPLE_PACKAGE);
        intent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_CLEAR_TASK);
        context.startActivity(intent);
        // 等待应用启动
        mDevice.wait(Until.hasObject(By.pkg(BASIC_SAMPLE_PACKAGE).depth(0)),
                LAUNCH_TIMEOUT);
    }
    //账户密码登录成功后主界面显示用户名
    @Test
    public void should_show_username_in_main_activity_when_login_success() {
        //输入账户名
        mDevice.findObject(By.res(BASIC_SAMPLE_PACKAGE, "username"))
                .setText("123");
        //输入密码
        mDevice.findObject(By.res(BASIC_SAMPLE_PACKAGE, "password"))
                .setText("123");
        //点击登录
        mDevice.findObject(By.res(BASIC_SAMPLE_PACKAGE, "login"))
                .click();
        //验证主界面上显示用户名信息
        UiObject2 text = mDevice
                .wait(Until.findObject(By.res(BASIC_SAMPLE_PACKAGE, "text")),
                        500);
        assertEquals(text.getText(), "123");
    }
}

UI Automator 测试框架提供了一个 UiDevice 类，用于在运行目标应用的设备上访问和执行操作。

通过调用 findObject 方法，可以定位到元素和执行操作。

关于 UI Automator 更多的 API 使用，你可以参考官网文档 。

执行上述测试用例后，运行结果如下图所示：

下面这个动图展示了用例的执行过程，可以对比一下，这个过程如果用手工执行需要多久。

通过执行结果可知，该用例的执行时间实际为 9s，比中小型测试的执行时间更长，并且需要依赖真机或模拟器。

不过，该用例基本都是模拟用户对界面的点击操作，更贴近实际用户的真实使用场景。

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六、总结

• 小型测试能够快速帮验证代码中的核心逻辑和算法，通常使用的是 Junit 或者 Robolectric 等测试框架；
• 中型测试能够帮验证代码中的一些核心组件交互流程，通常会用 Espresso 或者 Robolectric 等框架来完成；
• 大型测试则能帮验证端到端的用户使用场景，通常使用的是 UIAutomator 或者 Appium 等框架。

重新思考一下开头的三个问题：

• 第一个是测试由谁来写的问题。中小型的测试大部分都是根据代码设计来编写的。编写者需要了解原来代码的设计，精确到各个方法以及方法内部的条件分支和异常处理。所以，中小型测试应该由开发人员来编写。另外，也鼓励开发人员参与到大型端到端自动化测试的编写中。因为只有开发代码和测试代码一起共同维护，成本才是最低的。
• 第二个问题是：之前一个自动化测试都没写过，怎么开始落地？对于开发人员来说，编写自动化测试用例的难度其实比功能开发设计还简单。
• 第三个问题是关于自动化测试价值的问题。这里有一个前提：不认为开发完代码就意味着结束，结束应该是在有足够的质量保证的前提下。

所以，自动化测试是应用开发过程中不可或缺的一部分。通过持续运行测试，可以在发布版本之前验证其正确性、功能行为和易用性。

具体来讲，自动化测试给开发同学带来的帮助有这样三点：

1. 自动化测试能提供多样化的编译调试。通常测试的运行时间在毫秒至秒之间，有助于提高我们编译调试的效率。
2. 自动化测试能加强开发代码自测，帮我们快速获得故障反馈。通常我们在本地编写完代码后，就可以马上运行测试，检查功能是否正确。这样的好处是能在开发早期尽早发现问题。
3. 自动化测试还能提供更安全的代码重构，当有了自动化测试这个安全守护网，可以放心地优化代码，不必担心引发新的问题，也可以尽可能避免其他人乱改代码破坏原有的逻辑。因为一旦有修改破坏了之前的自动化测试用例，CI 门禁就会立即检查出来，避免代码合入。

虽然自动化测试可以提升开发的效率和质量，但对于遗留系统来说，还有另外一个非常棘手的问题，那就是代码可测试性低。

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