軟件開發習慣中一個細微更改都可能會對軟件質量產生巨大改進。將單元測試合并到開發過程中，然后從長遠角度來看它可以節省多少時間和精力。本文通過使用代碼樣本說明了單元測試的種種好處，特別是使用 Ant 和 JUnit 帶來的各種方便。

測試是大型開發過程中的基本原則之一。在任何職業中，驗證都是一個重要部分。醫生要通過驗血來確診。波音公司在研制 777 的過程中對飛機的每個組件都進行了精心測試。為什么軟件開發就應該例外呢？

以前，由于在應用程序中將 GUI 和商業邏輯緊密聯系在一起，這就限制了創建自動測試的能力。當我們學會通過抽象層將商業邏輯從界面中分離出來時，各個單獨代碼模塊的自動測試就替代了通過 GUI 進行的手工測試。

現在，集成開發環境 (IDE) 能在您輸入代碼的同時顯示錯誤，對于在類中快速查找方法具有智能探測功能，可以利用語法結構生成彩色代碼，而且具有許多其它功能。因此，在編譯更改過的代碼之前，您已經全盤考慮了將構建的類，但您是否考慮過這樣的修改會破壞某些功能呢？

每 個開發者都碰到過更改“臭蟲”。代碼修改過程可能會引入“臭蟲”，而如果通過用戶界面手工測試代碼的話，在編譯完成之前是不會發現它的。然后，您就要花費 幾天的時間追蹤由更改所引起的錯誤。最近在我做的一個項目中，當我把后端數據庫由 Informix 更改到 Oracle 時就遇到了這種情況。大部分更改都十分順利，但由于數據庫層或使用數據庫層的系統缺少單元測試，從而導致將大量時間花費在嘗試解決更改“臭蟲”上。我花了 兩天的時間查到別人代碼中的一個數據庫語法更改。（當然，那個人仍是我的朋友。）

盡管測試有許多好處，但一般的程序員對測試都不太感興趣，開始時我也沒有。您聽到過多少次“它編譯了，所以它一定能用”這種言論？但“我思，故我在”這種原則并 不適用于高質量軟件。要鼓勵程序員測試他們的代碼，過程必須簡單無痛。

本文從某人學習用 Java 語言編程時所寫的一個簡單的類開始。然后，我會告訴您我是如何為這個類編寫單元測試，以及在編寫完它以后又是如何將單元測試添加到構建過程中的。最后，我們將看到將“臭蟲”引入代碼時發生的情況。

從一個典型類開始

第一個典型的 Java 程序一般都包含一個打印 "Hello World" 的 main() 。在清單 1 中，我創建了一個 HelloWorld 對象的實例并調用 sayHello() 方法，該方法會打印這句習慣說法。

/*
 *  HelloWorld.java
 *  My first java program
 */
class HelloWorld {
    /**
     * Print "Hello World"
     */
	void sayHello() {
          System.out.println("Hello World");
      }
    /**
     * Test
     */
    public static void main( String[] args ) {
        HelloWorld world = new HelloWorld();
        world.sayHello();
    }
}

main() 方法是我的測試。哦噢！我將代碼、文檔、測試和樣本代碼包含在了一個模塊中。保佑 Java！但隨著程序越變越大，這種開發方法很快就開始顯現出了缺陷：

• 混亂
  類接口越大， main() 就越大。類可能僅僅因為正常的測試而變得非常龐大。
• 代碼膨脹
  由于加入了測試，所以產品代碼比所需要的要大。但我不想交付測試，而只想交付產品。
• 測試不可靠
  既然 main() 是代碼的一部分， main() 就對其他開發者通過類接口無法訪問的私有成員和方法享有訪問權。出于這個原因，這種測試方法很容易出錯。
• 很難自動測試
  要進行自動測試，我仍然必須創建另一程序來將參數傳遞給 main() 。

類開發
對我來說，類開發是從編寫 main() 方法開始的。我在編寫 main() 的時候就定義類和類的用法，然后實現接口。它的一些明顯的缺陷也開始顯現出來。一個缺陷是我傳遞給 main() 來執行測試的參數個數。其次， main() 本身在進行調用子方法、設置代碼等操作時變得很混亂。有時 main() 會比類實現的其余部分還要大。

更簡單的過程
我原來的做法有一些很明顯的缺陷。因此，讓我們看看有什么別的方法可以使問題簡化。我仍然通過接口設計代碼并給出應用示例，正如原來的 main() 一樣。不同的是我將代碼放到了另一個單獨的類中，而這個類恰好是我的“單元測試”。這種技術有以下幾點好處：

• 設計類的一種機制
  因為是通過接口進行開發，所以不太可能利用類的內部功能。但因為我是目標類的開發者，我有到其內部工作的“窗口”，所以測試并不是個真正的黑箱。僅憑這一點就足夠推斷出需要開發者本人在編寫目標類的同時負責測試的開發，而不是由其他任何人代勞。
• 類用法的示例
  通過將示例從實現中分離出來，開發者可以更快地提高速度，而且再不用在源代碼上糾纏不清。這種分離還有助于防止開發者利用類的內部功能，因為這些功能將來可能已經不存在了。
• 沒有類混亂的 main()
  我不再受到 main() 的限制了。以前我得將多個參數傳遞給 main() 來測試不同的配置?，F在我可以創建許多單獨的測試類，每一個都維護各自的設置代碼。

接下來我們將這個單獨的單元測試對象放入構建過程中。這樣，我們就可以提供自動確認過程的方法。

• 確保所做的任何更改都不會對其他人產生不利影響。
• 我們在進行源碼控制之前就可以測試代碼，而無需等待匯編測試或在夜晚進行的構建測試。這有助于盡早捕捉到“臭蟲”，從而降低產生高質量代碼的成本。
• 通過提供增量測試過程，我們提供了更好的實現過程。如同 IDE 幫助我們在輸入時捕捉到語法或編譯“臭蟲”一樣，增量單元測試也幫助我們在構建時捕捉到代碼更改“臭蟲”。

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使用 JUnit 自動化單元測試

要使測試自動化，您需要一個測試框架。您可以自己開發或購買，也可以使用某些開放源代碼工具，例如 JUnit。我選擇 JUnit 出于以下幾個原因：

• 不需要編寫自己的框架。
• 它是開放源代碼，因此不需要購買框架。
• 開放源代碼社區中的其他開發者會使用它，因此可以找到許多示例。
• 它可以讓我將測試代碼與產品代碼分開。
• 它易于集成到我的構建過程中。

測試布局
圖 1 顯示了使用樣本 TestSuite 的 JUnit TestSuite 布局。每個測試都由若干單獨的測試案例構成。每個測試案例都是一個單獨的類，它擴展了 TestClass 類并包含了我的測試代碼，即那些曾在 main() 中出現的代碼。在該例中，我向 TestSuite 添加了兩個測試：一個是 SkeletonTest，我將它用作所有新類和 HelloWorld 類的起點。

測試類 HelloWorldTest.java
按照約定，測試類的名稱中包含我所測試的類的名稱，但將 Test 附加到結尾。在本例中，我們的測試類是 HelloWorldTest.java 。我復制了 SkeletonTest 中的代碼，并添加了 testSayHello() 來測試 sayHello() 。請注意 HelloWorldTest 擴展了 TestCase。JUnit 框架提供了 assert 和 assertEquals 方法，我們可以使用這些方法來進行驗證。 HelloWorldTest.java 顯示在清單 2 中。

package test.com.company;
import com.company.HelloWorld;
import junit.framework.TestCase;
import junit.framework.AssertionFailedError;
/**
 * JUnit 3.2 testcases for HelloWorld
 */
public class HelloWorldTest extends TestCase {
    public HelloWorldTest(String name) {
        super(name);
    }
    public static void main(String args[]) {
        junit.textui.TestRunner.run(HelloWorldTest.class);
    }
    public void testSayHello() {
        HelloWorld world = new HelloWorld();
        assert( world!=null );
        assertEquals("Hello World",  world.sayHello() );
    }
}

testSayHello() 看上去和 HelloWorld.java 中原來的 main 方法類似，但有一個主要的不同之處。它不是執行 System.out.println 并顯示結果，而是添加了一個 assertEquals() 方法。如果兩個值不同， assertEquals 將打印出兩個輸入的值。您可能已經注意到這個方法不起作用！HelloWorld 中的 sayHello() 方法不返回字符串。如果我先寫過測試，就會捕捉到這一點。我將 "Hello World" 字符串與輸出流聯結起來。這樣，按照清單 3 中顯示的那樣重寫了 HelloWorld，去掉 main() ，并更改了 sayHello() 的返回類型。

package com.company;
public class HelloWorld {
    public String sayHello() {
        return "Hello World";
    }
}

如果我保留了 main() 并修改了聯系，代碼看上去如下：

  
 public static void main( String[] args ) {
        HelloWorld world = new HelloWorld();
        System.out.println(world.sayHello());
    }

新的 main() 與我測試程序中的 testSayHello() 非常相似。是的，它看上去不象是一個現實世界中的問題（這是人為示例的問題），但它說明了問題。在單獨的應用程序中編寫 main() 可以改進您的設計，同時幫助您設計測試?，F在我們已經創建了一個測試類，讓我們使用 Ant 來將它集成到構建中。

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使用 Ant 將測試集成到構建中

Jakarta Project 將 Ant 工具說成“不帶 make 缺點的 make”。Ant 正在成為開放源代碼世界中實際上的標準。原因很簡單：Ant 是使用 Java 語言編寫的，這種語言可以讓構建過程在多種平臺上使用。這種特性簡化了在不同 OS 平臺之間的程序員的合作，而合作是開放源代碼社區的一種需要。您可以在自己選擇的平臺上進行開發 和構建。Ant 的特性包括：

• 類可擴展性 Java 類可用于擴展構建特性，而不必使用基于 shell 的命令。
• 開放源代碼 因為 Ant 是開放源代碼，因此類擴展示例很充足。我發現通過示例來學習非常棒。
• XML 可配置 Ant 不僅是基于 Java 的，它還使用 XML 文件配置構建過程。假設構建實際上是分層的，那么使用 XML 描述 make 過程就是其邏輯層。另外，如果您了解 XML，要學習如何配置構建就更簡單一些。

圖 2 簡要介紹了一個配置文件。配置文件由目標樹構成。每個目標都包含了要執行的任務，其中任務就是可以執行的代碼。在本例中， mkdir是目標 compile的任務。 mkdir是建立在 Ant 中的一個任務，用于創建目錄。 Ant 帶有一套健全的內置任務。您也可以通過擴展 Ant 任務類來添加自己的功能。

每個目標都有唯一的名稱和可選的相關性。目標相關性需要在執行目標任務列表之前執行。例如圖 2 所示，在執行 compile 目標中的任務之前需要先運行 JUNIT 目標。這種類型的配置可以讓您在一個配置中有多個樹。

與經典 make 實用程序的相似性是非常顯著的。這是理所當然的，因為 make 就是 make。但也要記住有一些差異：通過 Java 實現的跨平臺和可擴展性，通過 XML 實現的可配置，還有開放源代碼。

下載和安裝 Ant
首先下載 Ant（請參閱 參考資料 ）。將 Ant 解壓縮到 tools 目錄，再將 Ant bin 目錄添加到路徑中。（在我的機器上是 e:\tools\ant\bin 。）設置 ANT_HOME 環境變量。在 NT 中，這意味著進入系統屬性，然后以帶有值的變量形式添加 ANT_HOME。ANT_HOME 應該設置為 Ant 根目錄，即包含 bin 和 lib 目錄的目錄。（對我來說，是 e:\tools\ant 。）確保 JAVA_HOME 環境變量設置為安裝了 JDK 的目錄。Ant 文檔有關于安裝的詳細信息。

下載和安裝 JUnit
下載 JUnit 3.2（請參閱 參考資料 ）。 解開 junit.zip ，并將 junit.jar 添加到 CLASSPATH。如果將 junit.zip 解包到類路徑中，可以通過運行以下命令來測試安裝： java junit.textui.TestRunner junit.samples.AllTests

定義目錄結構
在開始我們的構建和測試過程之前，需要一個項目布局。圖 3 顯示了我的樣本項目的布局。下面描述了布局的目錄結構：

• build -- 類文件的臨時構建位置。構建過程將創建這個目錄。
• src -- 源代碼的位置。 Src 被分為 test 文件夾和 main 文件夾，前者用于所有的測試代碼，而后者包含可交付的代碼。將測試代碼與主要代碼分離提供了幾點特性。首先，使主要代碼中的混亂減少。其次，它允許包對 齊。我就熱衷與將類和與其相關的包放置在一起。測試就應該和測試在一起。它還有助于分發過程，因為你不可能打算將單元測試分發給客戶。

在實際中，我們有多個目錄，例如 distribution 和 documentation 。我們還會在 main 下有多個用于包的目錄，例如 com.company.util 。

因為目錄結構經常變動，所以在 build.xml 中有這些變動的全局字符串常數是很重要的。

Ant 構建配置文件示例
下一步，我們要創建配置文件。清單 4 顯示了一個 Ant 構建文件示例。構建文件中的關鍵就是名為 runtests 的目標。這個目標進行分支判斷并運行外部程序，其中外部程序是前面已安裝的 junit.textui.TestRunner 。我們指定要使用語句 test.com.company.AllJUnitTests 來運行哪個測試套件。

    <property name="app.name"   value="sample" />
    <property name="build.dir"  value="build/classes" />
    <target name="JUNIT">
        <available property="junit.present" classname="junit.framework.TestCase" />
    </target>
    <target name="compile" depends="JUNIT">
        <mkdir dir="${build.dir}"/>
        <javac srcdir="src/main/" destdir="${build.dir}" >
            <include name="**/*.java"/>
        </javac>
    </target>
    <target name="jar" depends="compile">
        <mkdir dir="build/lib"/>
        <jar jarfile="build/lib/${app.name}.jar"
             basedir="${build.dir}" includes="com/**"/>
    </target>
    <target name="compiletests" depends="jar">
        <mkdir dir="build/testcases"/>
        <javac srcdir="src/test" destdir="build/testcases">
            <classpath>
                <pathelement location="build/lib/${app.name}.jar" />
                <pathelement path="" />
            </classpath>
            <include name="**/*.java"/>
        </javac>
    </target>
    <target name="runtests" depends="compiletests" if="junit.present">
        <java fork="yes" classname="junit.textui.TestRunner"
            taskname="junit" failonerror="true">
            <arg value="test.com.company.AllJUnitTests"/>
            <classpath>
                <pathelement location="build/lib/${app.name}.jar" />
                <pathelement location="build/testcases" />
                <pathelement path="" />
                <pathelement path="${java.class.path}" />
            </classpath>
        </java>
    </target>
</project>

運行 Ant 構建示例
開發過程中的下一步是運行將創建和測試 HelloWorld 類的構建。清單 5 顯示了構建的結果，其中包括了各個目標部分。最酷的那部分是 runtests 輸出語句：它告訴我們整個測試套件都正確運行了。

我在圖 4 和圖 5 中顯示了 JUnit GUI，其中所要做的就是將 runtest 目標從 junit.textui.TestRunner 改為 junit.ui.TestRunner 。當您使用 JUnit 的 GUI 部分時，您必須選擇退出按鈕來繼續構建過程。如果使用 Junit GUI 構建包，那么它將更難與大型的構建過程相集成。另外，文本輸出也與構建過程更一致，并可以定向輸出到一個用于主構建記錄的文本文件。這對于每天晚上都要進 行的構建非常合適。

E:\projects\sample>ant runtests
Searching for build.xml ...
Buildfile: E:\projects\sample\build.xml
JUNIT:
compile:
    [mkdir] Created dir: E:\projects\sample\build\classes
    [javac] Compiling 1 source file to E:\projects\sample\build\classes
jar:
    [mkdir] Created dir: E:\projects\sample\build\lib
      [jar] Building jar: E:\projects\sample\build\lib\sample.jar
compiletests:
    [mkdir] Created dir: E:\projects\sample\build\testcases
    [javac] Compiling 3 source files to E:\projects\sample\build\testcases
runtests:
    [junit] ..
    [junit] Time: 0.031
    [junit]
    [junit] OK (2 tests)
    [junit]
BUILD SUCCESSFUL
Total time: 1 second 

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了解測試的工作原理

讓我們搞點破壞，然后看看會發生什么事。夜深了，我們決定把 "Hello World" 變成一個靜態字符串。在更改期間，我們 不小心打錯了字母，將 "o" 變成了 "0"，如清單 6 所示。

package com.company;
public class HelloWorld {
    private final static String HELLO_WORLD = "Hell0 World";
    public String sayHello() {
        return HELLO_WORLD;
    }
}

在構建包時，我們看到了錯誤。清單 7 顯示了 runtest 中的錯誤。它顯示了失敗的測試類和測試方法，并說明了為什么會失敗。我們返回到代碼中，改正錯誤后離開。

E:\projects\sample>ant runtests
Searching for build.xml ...
Buildfile: E:\projects\sample\build.xml
JUNIT:
compile:
jar:
compiletests:
runtests:
    [junit] ..F
    [junit] Time: 0
    [junit]
    [junit] FAILURES!!!
    [junit] Test Results:
    [junit] Run: 2 Failures: 1 Errors: 0
    [junit] There was 1 failure:
    [junit] 1) testSayHello(test.com.company.HelloWorldTest) "expected:<Hello
               World> but was:<Hell0 World>"
    [junit]
BUILD FAILED
E:\projects\sample\build.xml:35: Java returned: -1
Total time: 0 seconds

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并非完全無痛

新的過程并不是完全無痛的。為使單元測試成為開發的一部分，您必須采取以下幾個步驟：

1. 下載和安裝 JUnit。
2. 下載和安裝 Ant。
3. 為構建創建單獨的結構。
4. 實現與主類分開的測試類。
5. 學習 Ant 構建過程。

但好處遠遠超過了痛苦。通過使單元測試成為開發過程的一部分，您可以：

• 自動驗證以捕捉更改“臭蟲”
• 從接口角度設計類
• 提供干凈的示例
• 在發行包中避免代碼混亂和類膨脹。

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實現 24x7

保證產品的質量要花費很多錢，但如果質量有缺陷，花費的錢就更多。如何才能使所花的錢獲得最大價值，來保證產品質量呢？

• 評審設計和代碼。 評審可以達到的效果是單純測試的一半。
• 通過單元測試來確認模塊可以使用。 盡管測試早就存在，但隨著開發實踐的不斷發展，單元測試逐漸成為日常開發過程的一個部分。

在 我 10 年的開發生涯里，為 emageon.com 工作是最重要的部分之一。在 emageon.com 時，設計評審、代碼評審和單元測試是每天都要做的事。這種日常開發習慣造就了最高質量的產品。軟件在客戶地點第一年的當機次數為零，是一個真正的 24x7 產品。單元測試就象刷牙：您不一定要做，但如果做了，生活質量就更好。

參考資料

• 您可以參閱本文在 developerWorks 全球站點上的 英文原文.
  
  
• 下載在本文中引用的 示例代碼。
  
  
• 從 Apache 網站下載 Ant。如需 Ant 文檔、FAQ 和其他下載，請訪問 Jakarta 項目的 Ant 主頁。
  
  
• JUnit 主頁提供了額外的測試示例、文檔、文章和 FAQ。您可以從 www.xprogramming.com下載 JUnit 3.2。
  
  
• Kent Beck 所寫的 “簡單的 Smalltalk 測試”(Simple Smalltalk Testing)討論了一個簡單的測試策略和支持它的框架。
  
  
• 請參閱其它開發者的 有關單元測試的評論 (comments on unit testing)。
  
  
• 要了解其它有用的開發習慣，請訪問 終極編程主頁 (Extreme Programming Home page)。
  

關于作者

		Malcolm G. Davis 擁有自己的咨詢公司，并任公司的總裁，該公司位于美國阿拉巴馬州的伯明翰 (Birmingham)。他把自己看做是個 Java 傳道者。在工作之余，他喜歡跑步，以及和他的孩子們一起玩耍。您可以通過 malcolm@nuearth.com 與 Malcolm 聯系。