Erwarte das Unerwartete – durch eigenschaftsbasiertes Testen
Java-Testabdeckung Teil 3: Property-Based Testing
Von: Sven Ruppert
In dieser Reihe von Blogbeiträgen werden wir uns eingehend mit den verschiedenen Aspekten der Testabdeckung befassen und verschiedene Techniken und Tools untersuchen, die Entwicklern dabei helfen, qualitativ hochwertige Software zu erstellen. Dieser Beitrag untersucht das eigenschaftsbasierte Testen.
Property-Based Testing
Property-Based Testing (PBT) ist eine Methode, bei der du nicht einzelne Testfälle mit spezifischen Eingaben und erwarteten Ausgaben schreibst, sondern stattdessen Eigenschaften definierst, die für eine Vielzahl von Eingaben gelten sollen. Das Test-Framework generiert dann automatisch Testfälle, um diese Eigenschaften zu überprüfen. Dadurch können Randfälle und unerwartete Verhaltensweisen aufgedeckt werden, die bei beispielbasierten Tests möglicherweise nicht erkennbar sind.
Schlüsselkonzepte des eigenschaftsbasierten Testens
Ziel des eigenschaftsbasierten Testens sind allgemeine Aussagen über das Verhalten deines Codes. Eigenschaften beschreiben das erwartete Verhalten für verschiedene Eingaben und nicht bloß für spezifische Beispiele. Generatoren erstellen automatisch Eingabedaten für Tests und ermöglichen so die Untersuchung eines breiten Spektrums möglicher Werte. Wenn ein Test fehlschlägt, reduzieren Shrinker die Größe der fehlgeschlagenen Eingabe auf die einfachste Form, die immer noch den Fehler verursacht, wodurch es einfacher wird, das Problem zu diagnostizieren.
Beliebte Bibliotheken für eigenschaftsbasiertes Testen in Java
jqwik: Eine moderne eigenschaftsbasierte Testbibliothek für Java, die sich gut in JUnit 5 integrieren lässt.
QuickTheories: Dieses Tool wurde von QuickCheck von Haskell inspiriert und konzentriert sich auf die Erstellung und Verkleinerung von Daten für Tests.
JUnit-QuickCheck: Eine Erweiterung für JUnit, die eigenschaftsbasierte Testfunktionen, die von Haskells QuickCheck inspiriert sind, nach Java bringt.
So verwendest Du eigenschaftsbasiertes Testen in Java
Jqwik zum Projekt hinzufügen
Füge für ein Maven-Projekt die folgende Abhängigkeit zu deiner `pom.xml` hinzu:
```xml
<dependency>
<groupId>net.jqwik</groupId>
<artifactId>jqwik</artifactId>
<version>1.5.1</version>
<scope>test</scope>
</dependency>
```Einen eigenschaftsbasierten Test schreiben
Definiere die Eigenschaften mit der Annotation `@Property` und verwende die integrierten Generatoren von jqwik, um Eingabedaten zu erstellen.
```java
import net.jqwik.api.*;
public class ExamplePropertyTest {
@Property
boolean concatenationLength(@ForAll String a, @ForAll String b) {
return (a + b).length() == a.length() + b.length();
}
}
```Führe die Tests mit deiner bevorzugten Methode aus, zum Beispiel mit einer IDE, die JUnit 5 unterstützt, oder mit Maven: `mvn test`. Das Framework generiert automatisch eine Vielzahl von Eingaben zum Testen der Eigenschaft. Wenn eine Eigenschaft fehlschlägt, versucht jqwik, die fehlerhafte Eingabe auf eine minimale Schreibweise zu reduzieren.
Vorteile eigenschaftsbasierter Tests
Erhöhte Abdeckung: Das Verfahren generiert automatisch eine große Anzahl von Testfällen und deckt mehr Szenarien und Randfälle ab.
Randfälle aufdecken: Eigenschaftsbasiertes Testen hilft bei der Suche nach Randfällen, die bei beispielbasierten Tests möglicherweise nicht berücksichtigt werden.
Weniger manuelle Arbeit: Die Notwendigkeit, umfangreiche individuelle Testfälle manuell zu schreiben, wird reduziert.
Bessere Spezifikationen: Das Schreiben allgemeinerer und robusterer Spezifikationen für das Programmverhalten wird gefördert.
Herausforderungen und Best-Practices
Eine der größten Herausforderungen besteht darin, allgemeine und sinnvolle Eigenschaften zu definieren. Diese Eigenschaften sollten die wesentlichen Invarianten und Verhaltensweisen des Codes erfassen. Für komplexe Eingabedaten kann es erforderlich sein, benutzerdefinierte Generatoren und Shrinker zu schreiben. Eigenschaftsbasiertes Testen ist robust, sollte aber herkömmliche Unit-Tests eher ergänzen als ersetzen. Unit-Tests sind weiterhin für bestimmte Szenarien und Regressionstests nützlich.
Eigenschaftsbasiertes Testen bietet in Java ein leistungsstarkes Tool zur Überprüfung, ob sich Code bei einer Vielzahl von Eingaben korrekt verhält. Das Definieren von Eigenschaften und das Verwenden der automatisierten Eingabegenerierung hilft dabei, Fehler und Randfälle aufzudecken, die bei herkömmlichen Testmethoden möglicherweise übersehen werden. Während die Definition guter Eigenschaften und die Handhabung komplexer Eingaben mit Herausforderungen verbunden sind, machen die Vorteile einer erhöhten Abdeckung und Robustheit das eigenschaftsbasierte Testen zu einer wertvollen Ergänzung jeder Teststrategie.
Über den Autor: Sven Ruppert
Sven programmiert seit 1996 Java in Industrieprojekten, seit über 15 Jahren weltweit Java in Branchen wie Automobil, Raumfahrt, Versicherungen, Banken, der UNO und der Weltbank. Seit zehn Jahren ist er als Sprecher auf Konferenzen und Community-Events in Ländern von Amerika bis Neuseeland. Er hat als Developer Advocate für JFrog und Vaadin gearbeitet und schreibt regelmäßig Artikel für IT-Magazine und Technologieportale.