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加速Java应用开发速度3——单元/集成测试+CI
大家可能对如下情景比较熟悉：
- 如果开发过SSH的web项目，启动服务器可能会比较慢，有的项目甚至需要1分多钟，甚至更多，这个启动时间的等待一般就浪费了；
- 在开发项目时，有些功能比较复杂，当时觉得思路特清晰，但是过了一段时间后，自己也忘了，完善功能时频繁出现bug，降低开发速度；
- 在维护项目时，不知道自己修改的对还是不对，是否存在隐患；维护速度降下来了；
- 如果开发一个很多人都使用的接口，典型的如用户系统，要保证比如升级时向下兼容；
- 在团队间协作时，有时候只定义好接口，对方还没有给实现，如何进行同步开发？
如上问题，估计只要是个开发人员，都可能遇到过；如果此时有了单元/集成测试，那我们能很好的解决这些问题。（注：加下来如果没有特殊情况，不刻意强调 单元测试/集成测试，即提到测试是指的是单元/集成测试）
我从以下几个方面介绍测试：
1、为什么需要测试？
2、如何进行测试？
3、测试有哪些好处？
4、一切都需要测试吗？
1、为什么需要测试？
测试的目的是什么？我的理解是：
- 缩短发现问题到解决问题的速度；
- 给程序一个修改后能验证是否正确的保证；（回归测试）
- 如果是开源软件，我们可以通过单元测试了解其是怎么使用的；比如我之前通过cglib的单元测试学习过cglib的使用；
所以如果你遇到如上问题，就需要写测试。写测试可能是为了自己（1、2）；也可能是为了帮助别人（3）。
2、如何进行测试？
很多朋友不知道如何进行测试，其实测试很简单，别把它想复杂了，按照自己的想法测试每个功能点是否正确即可。
2.1、测试流程
单元测试流程
集成测试流程
集成测试流程 
可以看出，单元测试与集成测试唯一不同点是一个调用依赖系统而一个不调用；因为单元测试是最小粒度的测试，如在Java中是测试一个类，不会测试依赖系统；而集成测试是会测试依赖系统的。
测试的步骤：
- 准备环境
- 调用被测系统
- 验证
- 清理环境
环境：也叫做夹具（fixture）或者固件，表示调用被测系统时需要准备/清理的数据等等；
被测系统：在Java中就是要测试的类，如UserService；
依赖系统：测试被测系统时，其依赖的部分，如UserDao；
测试用例：包含测试方法的类，里边有很多测试方法来测试被测系统。
接下来仔细看看各部分都做了哪些工作。
2.2、环境
环境，也叫做夹具（fixture），表示调用被测系统时需要准备/清理的数据等等；保证测试时环境是干净的，如不被之前的数据库数据影响；保证每次测试都是在干净/新鲜的环境中执行的。所谓干净的环境表示如当前测试不被之前测试插入/删除/修改的数据造成影响。在junit中可以使用：
- @Before（setUp） 安装夹具或准备环境：在测试用例的每个测试方法之前执行；比如创建新鲜的被测系统，单元测试时安装Mock的依赖系统；
- @After（tearDown）卸载夹具或清理环境：在测试用例的每个测试方法之后执行；比如数据库测试时回滚事务，删除数据；关闭文件；
- @BeforeClass：在整个测试用例之前执行；
- @AfterClass：在整个测试用例之后执行；
使用如上方法，而不是直接在测试方法中安装/卸载；是因为不管有没有异常，@After/@AfterClass都会执行，这样防止出现异常可能造成环境是不新鲜的问题。
如果大家使用spring test来测试数据库相关的系统，可以考虑使用@TransactionConfiguration来支持默认事务回滚，这样不会对现有系统造成影响。具体可参考《【第十三章】 测试 之 13.1 概述 13.2 单元测试 ——跟我学spring3》和《【第十三章】 测试 之 13.3 集成测试 ——跟我学spring3》
测试时一定要保证环境是干净/新鲜的，才能保证每次测试的结果是一样的。
2.3、被测系统与依赖系统
被测系统：在Java中就是被测试的Java类。
依赖系统：就是被测试Java类依赖的其他类。
如果是单元测试，一般情况下，会对依赖系统进行模拟（Mock），即给它一个假的实现；典型的如测试服务层时注入一个Mock的DAO层，这样的好处：
- 加快测试速度；因为不会调用真实的被测系统，所以速度特别快；
- 测试还没有完成的功能；尤其在多团队协作时，可以只在定义好接口的情况下开发系统；
如果是集成测试时，直接注入真实的依赖系统即可，好处：
- 完成联调；
- 发现自己的问题；
- 还可能发现自己使用上问题及使用的API的问题；
单元测试虽然好，但是是隔离测试，即不会调用被测系统来完成测试，因为不是真实的联调，所以很可能会潜在有一些问题，因此还是需要集成测试。（所以不是很刻意分单元或集成测试，且有些系统可能只有集成测试）
但是集成测试速度是比较慢的，一般提交给CI执行，不影响当前开发进度。
2.4、验证
验证的目的：是保证实际结果和我们预期的结果是否一致，说白了就是是否是我们想的那样。
一般使用断言来验证，如：
Assert.assertEquals(expectedResult, actualResult); //验证预期结果和实际结果是否相等
验证主要有两种：
- 结果验证
- 行为验证
结果验证：即验证被测系统返回的结果是否正确，如：
- @Test
- public void testCount() {
- String ql = "select count(o) from User o";
- long expectedCount = repositoryHelper.count(ql) + 1;
- User user = createUser();
- repositoryHelper.getEntityManager().persist(user);
- long acutalCount = repositoryHelper.count(ql);
- Assert.assertEquals(expectedCount, acutalCount);
- }
验证返回的数据总数 = 插入之前的总数 + 1； 即结果验证。此处我们使用了一种叫做相对（delta）测试；即不关心数据库里到底多少条，只关心实际的和预期的差。
行为验证：即验证被测系统是否调用了依赖系统的某个API ，这个只有当我们使用Mock时测试时比较简单，如当用户注册时：
1、加积分
2、发系统消息
3、……
此时我们并不能通过结果验证是否调用了这些方法；那么我们可以使用Mock技术来完成验证是否调用了这些API，比如使用jmock测试框架就支持行为验证。集成测试是很难进行行为验证的，如果测试需要预留间谍接口。
3、测试有哪些好处？
我们写代码的目的是正确的完成某个功能，如何保证正确呢？测试！所以在不使用如单元测试技术时，我们也是需要测试，但是这个测试是我们人工验证的。缺点很明显：
- 不是自动的，每次需要对比预期结果与实际结果，尤其数据量/逻辑复杂时更痛苦；
- 不是回归的，上次测试完成后，下次还得重复自己一遍；
为了解决这个问题，我们使用如单元测试技术来解决这个问题：
- 测试自动化；即验证预期结果与实际结果交给计算机吧；
- 测试回归性，可以重复执行测试，验证修改后逻辑是否还是正确的；
即测试的好处，从如上已经提炼出来了：
- 缩短发现问题到解决问题的时间；
- 重复使用测试，保证修改后的代码还是正确的；
- 如果做开源项目，可以提供给使用人员参考如何使用；
- 因为单元测试都非常快，所以提升了开发速度；
4、一切都需要测试吗？
肯定不是，一切都是相对的；哪些不需要测试呢：
你非常熟悉的功能；
一些简单的CRUD；
你认为不需要测试的；比如你很有把握的东西，就没有必要浪费时间测试了；
哪些需要测试呢：
- 复杂的业务逻辑/系统核心功能，最典型的如订单系统：一定要有足够的单元测试保证，这是一个电商系统的核心；还有如用户系统、积分系统等等；
- 框架级别/工具级别/通用级别的代码需要测试，即提供给第三方使用的代码，因为这些代码可能被很多系统依赖，应该保证其正确性；而且还要保证以后版本升级的向下兼容；
- 你认为需要测试的，比如你没有把握的东西，还是写点测试来缩短如开发web项目的重启系统的时间吧；
测试不是不耗时间的，没意义的测试就是浪费时间，最典型是一些书上的对一个增删改查进行测试，实际项目没有任何意义。所以你应该只对自己很难驾驭的觉得有必要的代码进行测试。不要成为一个测试狂，什么都测试。
一些测试可以参考我的《es——JavaEE快速开发脚手架》中的代码。通过测试我得到了许多好处。
到此我们介绍完成了测试，但是如果我们使用了如集成测试时，测试执行起来可能比较慢，跑一遍测试可能需要5分钟，那怎么办呢？
每天下班前跑一遍集成测试，然后修复，下班走人；
CI：持续集成，交给持续集成服务器，自动地测试完成后把测试报告以邮件的形式发到开发人员邮箱；
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接下来介绍一下CI吧。
1、为什么需要CI
2、CI如何工作的
3、travis-ci介绍
1、为什么需要CI
正如前边说的，我们单独测试可能会遇到如下问题：
- 如果写了一个测试，就要把所有测试跑一遍看看整个系统是否是正确的，那么每次等待时间是非常漫长的；
- 如果团队中的其他成员改了功能并提交了，如何快速得到该次提交对当前系统代码是正确还是失败的反馈；
那怎么办呢？自动化地持续集成（CI）！CI的核心就是干这件事情的。自动化持续地集成测试。
使用CI后，如果使用Maven，可以新建多个profile：
- 本地测试时忽略一些比较慢的测试；
- CI服务器上执行所有测试；
2、CI如何工作的
一个典型的持续集成流程：
- 定期检测版本服务器上是否有代码更新；
- 如果发现代码更新，从版本服务器下载最新的代码；
- 自动构建并自动化的测试；
- 不管错误/失败，生成报告给开发人员；
- 有些CI服务器还能产生可执行的软件，自动化地部署到测试机器，交给测试人员测试。
如图所示：
持续集成服务器其实就是一个定时器，自动帮你下载最新代码、编译、测试、集成及产生报告发给开发人员。
常见的CI服务器有：
- Apache Continuum
- Hudson
- CruiseControl
- Jenkins CI
- TeamCity
- Travis CI
我09年时使用过TeamCity社区版，足够满足常见需求；目前我使用github托管项目，使用Travis CI进行分布式的持续集成，免费，目前看来还是不错的。
3、travis-ci介绍
我现在开发的ES-JavaEE项目开发脚手架就是使用travis ci进行持续集成；具体参考《Getting started》进行与Github集成，其支持的语言：
- C
- C++
- Clojure
- Erlang
- Go
- Groovy
- Haskell
- Java
- JavaScript (with Node.js)
- Objective-C
- Perl
- PHP
- Python
- Ruby
- Scala
支持的数据库：
- MySQL
- PostgreSQL
- MongoDB
- CouchDB
- Redis
- Riak
- RabbitMQ
- Memcached
- Cassandra
- Neo4J
- ElasticSearch
- Kestrel
- SQLite3
更多请参考其官网的介绍。
如果是Java开发人员，支持的JDK包括：OpenJDK 和 OracleJDK。 如果使用的是OpenJDK，Maven中使用ascii2native插件时，需要如下配置：
- <plugin>
- <groupId>org.codehaus.mojo</groupId>
- <artifactId>native2ascii-maven-plugin</artifactId>
- <version>1.0-alpha-1</version>
- <executions>
- <execution>
- <phase>generate-resources</phase>
- <goals>
- <goal>native2ascii</goal>
- </goals>
- <configuration>
- <encoding>UTF-8</encoding>
- <src>src/main/messages</src>
- <dest>target/${project.artifactId}/WEB-INF/classes</dest>
- <includes>messages.properties</includes>
- </configuration>
- </execution>
- </executions>
- <!-- native2ascii 使用的tools.jar -->
- <dependencies>
- <dependency>
- <groupId>com.sun</groupId>
- <artifactId>tools</artifactId>
- <version>1.7.0</version>
- <scope>system</scope>
- <systemPath>${java.home}/../lib/tools.jar</systemPath>
- </dependency>
- </dependencies>
- </plugin>
如果使用mysql，端口只能是3306。
如果想开端口测试，这是不允许的。
如下是我项目中的一个配置.travis.yml，放到项目的根下即可：
-----------------------------------
language: java 语言
env: 环境
- DB=mysql 使用mysql
jdk:
- openjdk jdk使用openjdk
mysql:
database: es 数据库名为es
username: root 用户名为root
password : 密码为空
encoding: utf8 编码为utf8
install: 安装时执行的脚本
- mvn install -Dmaven.test.skip=true mvn安装并跳过测试
before_script: script之前执行的测试
- cd web
- mvn db:create 创建数据库的mvn命令（此处使用了 maven-db-plugin 插件）
- mvn db:schema 创建脚本的mvn命令
- mvn db:data 安装数据的mvn命令
- cd ..
script: 测试时执行的脚步
- cd common
- mvn test 测试common子模块
- cd ..
- cd web
- mvn test -Pit 测试web子模块，并指定使用it profile测试（即集成测试的配置，具体参考pom.xml中的profile/it）
notifications: 触发
email: 测试完成后测试报告发到哪
- zhangkaitao0503@gmail.com
-----------------------------------
持续集成不能修复代码的错误，而是和单元测试一样，缩短发现问题带解决问题的时间，这样可以提高开发效率，降低项目风险，提高项目的稳定性。而且尤其是团队协作时，可以发现其他人的代码是否对自己的代码产生影响。
到此我们利用单元测试+CI可以加速开发人员的开发速度。利用好单元测试和CI，不要纯粹为了单元测试和CI而去做这些事情。
本文没有介绍TDD，TDD并不会那么美好，我认为我们可以借鉴TDD的一些思想，但决不能迷信TDD，有时候，尤其如开发企业应用，先写功能再写测试可能效率更高，而且大部分时候是不需要TDD的。而且我也没能在实际项目中获取太多TDD的好处，但是我获得了测试的好处。
本文也没有介绍测试覆盖率，我认为不要一味的追求覆盖率，有时候有的覆盖率没有任何意义。所以不要让为了覆盖率而覆盖率拖慢了项目开发进度。
正如stackoverflow上的一篇帖子《How deep are your unit tests?》上Kent Beck的回答：
可以前往coolshell的“单元测试要做多细？”去得到一些经验。