Von einfach bis automatisiert – so wurde Code immer besser

Java-Testabdeckung Teil 1: Die Geschichte

Von: Sven Ruppert

Bei der Softwareentwicklung ist die Sicherstellung der Qualität und Zuverlässigkeit des Codes von größter Bedeutung. Eine der effektivsten Möglichkeiten, dies zu erreichen, sind umfassende Tests. Aber wie messen wir die Wirksamkeit unserer Tests? Hier kommt das Konzept der Testabdeckung ins Spiel.

Die Testabdeckung ist eine Metrik, mit der bestimmt wird, wie viel von unserem Code von unserer Testsuite getestet wird. Sie bietet Einblicke darüber, welche Teile des Codes während des Tests ausgeführt werden und welche nicht. Das erleichtert das Identifizieren ungetesteter Bereiche, die möglicherweise Fehler enthalten. Durch systematisches Messen und Verbessern der Testabdeckung können Entwickler sicherstellen, dass ihr Code robust und weniger fehleranfällig ist.

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. Diese Themen erwarten dich:

> Die Geschichte der Testabdeckung

Zunächst lohnt der Blick in die Vergangenheit. Ich möchte aufzeigen, wie es zur Entwicklung der Testabdeckung kam, wann welche Ansätze erkennbar wurden und welche Herausforderungen zu meistern waren.

> Zeilenabdeckung verstehen

Eine grundlegende Bedeutung für die Testabdeckung besitzt die Zeilenabdeckung, denn mit ihr kannst du ganz einfach erkennen, welche Codezeilen von deinen Tests ausgeführt werden. Tools wie JaCoCo unterstützen dich dabei, die Zeilenabdeckung in Java zu messen.

> Eigenschaftenbasiertes Testen

Ein weiterführendes Verfahren ist das eigenschaftsbasierte Testen. Hierbei werden Eigenschaften definiert, die für eine Vielzahl von Eingaben gelten sollten. Damit kannst du das Verhalten deines Codes gründlicher untersuchen. Bibliotheken wie jqwik helfen dir dabei, den Testprozess zu automatisieren und zu verbessern.

> Mutationstests

Mutationstests sind eine leistungsstarke Methode, um die Wirksamkeit einer Testsuite zu bewerten. Indem kleine Änderungen (Mutanten) in den Code eingeführt werden und geprüft wird, ob die Tests diese erkennen, können wir sicherstellen, dass die Tests wirklich robust sind. Tools wie PIT (Pitest) werden für ihre Rolle in diesem fortgeschrittenen Testansatz hervorgehoben. Wir vergleichen Zeilenabdeckung, eigenschaftsbasiertes Testen und Mutationstests umfassend. Das Ziel ist es, die Vor- und Nachteile jeder Technik zu verstehen und zu lernen, wie wir sie kombinieren, um mit unserer Teststrategie die besten Ergebnisse zu erzielen.

Die Geschichte der Testabdeckung

Die Entwicklung der Testabdeckung lässt sich auf die Geschichte der Softwareentwicklung und die zunehmende Komplexität von Softwaresystemen zurückführen, die strengere und systematischere Testmethoden erforderlich macht. Ich möchte einige wichtige Meilensteine und Entwicklungen in der Geschichte der Testabdeckung hervorheben.

Anfänge des Software Testing (50er/60er-Jahre)

In den frühen Jahren der Informatik wurden Softwaretests oft ad hoc durchgeführt – ohne formale Methoden oder Metriken. Beim Testen ging es in erster Linie darum, sicherzustellen, dass die Software ohne Abstürze läuft. Der Bedarf an systematischen Testansätzen wurde deutlich, als Softwaresysteme zunehmend komplexer wurden. Frühe Forscher und Praktiker begannen deshalb, Testtechniken zu formalisieren.

Einführung der Code Coverage (70er-Jahre)

Die Codeabdeckung entsteht in den 1970er-Jahren mit dem Ziel, die Gründlichkeit zu messen, mit der Softwaretests den Code durchleuchten. In dieser Zeit werden verschiedene Abdeckungskriterien entwickelt, wie zum Beispiel Statement Coverage, Branch Coverage und Path Coverage. Glenford Myers veröffentlicht 1979 das Buch „The Art of Software Testing“, welches maßgeblich zur Förderung strukturierter und systematischer Testpraktiken beiträgt, einschließlich der Verwendung von Abdeckungsmetriken.

Entwicklung von Coverage-Tools (80er/90er-Jahre)

In den 1980er- und 1990er-Jahren werden bereits frühe Testabdeckungstools entwickelt, die eine automatisierte Messung der Codeabdeckung ermöglichen. Diese Tools helfen Entwicklern und Testern, den Umfang ihrer Testbemühungen zu visualisieren und zu quantifizieren. Mit der zunehmenden Verbreitung integrierter Entwicklungsumgebungen (IDEs) und automatisierter Test-Frameworks beginnt man, Coverage-Tools direkt in diese Umgebungen zu integrieren. Dadurch wird es für Entwickler noch einfacher, Coverage-Messungen in ihre Arbeitsabläufe einzubauen.

Aufstieg der agilen und testgetriebenen Entwicklung (2000er-Jahre)

Die Einführung agiler Methoden in den frühen Jahren des neuen Jahrtausends legte den Schwerpunkt auf iterative Entwicklung und kontinuierliches Testen. Die Testabdeckung gewinnt dadurch weiter an Bedeutung für das Sicherstellen der Codequalität. Die Testgetriebene Entwicklung (TDD), eine Praxis, bei der Tests vor dem Code selbst geschrieben werden, gewinnt an Popularität. Dieser Ansatz fordert von vornherein eine hohe Testabdeckung, da jeder Codeabschnitt so geschrieben wird, dass er bestimmte Tests besteht.

Moderne Berichterstattungstools und -praktiken (seit 2010)

Moderne Coverage-Tools sind noch ausgefeilter und bieten Funktionen wie eine Echtzeit-Coverage-Analyse, die Integration mit CI/CD-Pipelines und weitaus detaillierte Berichte. Beispiele hierfür sind JaCoCo für Java, Istanbul für JavaScript und Coverage.py für Python. Der Shift-Left-Testansatz, der frühe und häufige Tests im Entwicklungslebenszyklus befürwortet, hat die Bedeutung der Testabdeckung weiter gestärkt. Zur Unterstützung dieses Ansatzes wurden Tools und Verfahren entwickelt, die sicherstellen, dass während der gesamten Entwicklung Abdeckungsmetriken verfügbar sind. Umfassende Codequalitätsplattformen wie SonarQube verfügen über integrierte Testabdeckungsmetriken mit weiteren Qualitätsindikatoren und bieten so einen ganzheitlichen Blick auf den Zustand der Software.

Schlüsselfiguren und einflussreiche Werke

Glenford Myers: Sein bahnbrechendes Werk „The Art of Software Testing“ legte den Grundstein für systematisches Softwaretesten und führte viele wichtige Konzepte im Zusammenhang mit der Testabdeckung ein.

Tom DeMarco und Tim Lister: Ihre Arbeit zu Softwaremetriken und Qualitätssicherung verdeutlichte die Bedeutung der Messung und Verbesserung von Softwareprozessen, einschließlich Testpraktiken.

Trends und zukünftige Richtungen

Da die Softwareentwicklung immer stärker automatisiert wird, werden Testabdeckungstools immer weiter in automatisierte Test-Frameworks und CI/CD-Pipelines integriert. Neue Technologien wie KI und maschinelles Lernen werden für Tests und Abdeckungsanalysen eingesetzt und helfen dabei, nicht getestete Bereiche intelligenter zu identifizieren und potenzielle Risiken auf der Grundlage von Abdeckungsdaten vorherzusagen. Während es wichtig ist, eine hohe Testabdeckung zu erreichen, wird auch die Wirksamkeit der Tests immer wichtiger. Dazu gehört, sicherzustellen, dass Tests nicht nur den Code abdecken, sondern auch überprüfen, ob sich der Code unter verschiedenen Bedingungen korrekt verhält.

Die Testabdeckung hat sich im Laufe der Jahrzehnte von einer konzeptionellen Metrik zu einem entscheidenden Bestandteil moderner Softwareentwicklungspraktiken entwickelt und trägt erheblich dazu bei, die Qualität und Zuverlässigkeit von Softwaresystemen sicherzustellen.

In den folgenden Teilen werden wir die unterschiedlichen Formen der Testabdeckung eingehend betrachten.

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.


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