浅谈.Net Core后端单元测试的实现

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1. 前言

单元测试一直都是"好处大家都知道很多,但是因为种种原因没有实施起来"的一个老大难问题。具体是否应该落地单元测试，以及落地的程度, 每个项目都有自己的情况。

本篇为个人认为"如何更好地写单元测试", 即更加 偏向实践向 中夹杂一些理论的分享。

下列示例的单元测试框架为 xUnit , Mock库为 Moq

2. 为什么需要单元测试

优点有很多, 这里提两点我个人认为的很明显的好处

2.1 防止回归

通常在进行新功能/模块的开发或者是重构的时候，测试会进行回归测试原有的已存在的功能，以验证以前实现的功能是否仍能按预期运行。

使用单元测试，可在每次生成后，甚至在更改一行代码后重新运行整套测试, 从而可以很大程度减少回归缺陷。

2.2 减少代码耦合

当代码紧密耦合或者一个方法过长的时候，编写单元测试会变得很困难。当不去做单元测试的时候，可能代码的耦合不会给人感觉那么明显。为代码编写测试会自然地解耦代码，变相提高代码质量和可维护性。

3. 基本原则和规范

3.1 3A原则

3A分别是"arrange、act、assert", 分别代表一个合格的单元测试方法的三个阶段

事先的准备
测试方法的实际调用
针对返回值的断言

一个单元测试方法可读性是编写测试时最重要的方面之一。在测试中分离这些操作会明确地突出显示调用代码所需的依赖项、调用代码的方式以及尝试断言的内容.

所以在进行单元测试的编写的时候, 请使用注释标记出3A的各个阶段的, 如下示例

[Fact]
public async Task VisitDataCompressExport_ShouldReturnEmptyResult_WhenFileTokenDoesNotExist()
{
  // arrange
  var mockFiletokenStore = new Mock<IFileTokenStore>();
  mockFiletokenStore
    .Setup(it => it.Get(It.IsAny<string>()))
    .Returns(string.Empty);

  var controller = new StatController(
    mockFiletokenStore.Object,
    null);

  // act
  var actual = await controller.VisitDataCompressExport("faketoken");

  // assert
  Assert.IsType<EmptyResult>(actual);
}

3.2 尽量避免直接测试私有方法

尽管私有方法可以通过反射进行直接测试，但是在大多数情况下，不需要直接测试私有的private方法, 而是通过测试公共public方法来验证私有的private方法。

可以这样认为：private方法永远不会孤立存在。更应该关心的是调用private方法的public方法的最终结果。

3.3 重构原则

如果一个类/方法，有很多的外部依赖，造成单元测试的编写困难。那么应该考虑当前的设计和依赖项是否合理。是否有部分可以存在解耦的可能性。选择性重构原有的方法，而不是硬着头皮写下去.

3.4 避免多个断言

如果一个测试方法存在多个断言，可能会出现某一个或几个断言失败导致整个方法失败。这样不能从根本上知道是了解测试失败的原因。

所以一般有两种解决方案

拆分成多个测试方法
使用参数化测试, 如下示例

[Theory]
[InlineData(null)]
[InlineData("a")]
public void Add_InputNullOrAlphabetic_ThrowsArgumentException(string input)
{
  // arrange
  var stringCalculator = new StringCalculator();

  // act
  Action actual = () => stringCalculator.Add(input);

  // assert
  Assert.Throws<ArgumentException>(actual);
}

当然如果是对对象进行断言, 可能会对对象的多个属性都有断言。此为例外。

3.5 文件和方法命名规范文件名规范

一般有两种。比如针对 UserController 下方法的单元测试应该统一放在 UserControllerTest 或者 UserController_Test 下

单元测试方法名

单元测试的方法名应该具有可读性，让整个测试方法在不需要注释说明的情况下可以被读懂。格式应该类似遵守如下

<被测试方法全名>_<期望的结果>_<给予的条件>

// 例子
[Fact]
public void Add_InputNullOrAlphabetic_ThrowsArgumentException()
{
 ...
}

4. 常用类库介绍

4.1 xUnit/MsTest/NUnit

编写.Net Core的单元测试绕不过要选择一个单元测试的框架, 三大单元测试框架中

MsTest是微软官方出品的一个测试框架
NUnit没用过
xUnit是.Net Foundation下的一个开源项目，并且被dotnet github上很多仓库(包括runtime)使用的单元测试框架

三大测试框架发展至今已是大差不差, 很多时候选择只是靠个人的喜好。

个人偏好 xUnit 简洁的断言

// xUnit
Assert.True()
Assert.Equal()

// MsTest
Assert.IsTrue()
Assert.AreEqual()

客观地功能性地分析三大框架地差异可以参考如下

https://anarsolutions.com/automated-unit-testing-tools-comparison

4.2 Moq

官方仓库

https://github.com/moq/moq4

Moq是一个非常流行的模拟库, 只要有一个接口它就可以动态生成一个对象, 底层使用的是Castle的动态代理功能.

基本用法

在实际使用中可能会有如下场景

public class UserController
{
  private readonly IUserService _userService;
  
  public UserController(IUserService userService)
  {
    _userService = userService;
  }
  
  [HttpGet("{id}")]
  public IActionResult GetUser(int id)
  {
    var user = _userService.GetUser(id);
    
    if (user == null)
    {
      return NotFound();
    }
    else
    {
      ...
    }
  }
}

在进行单元测试的时候, 可以使用 Moq 对 _userService.GetUser 进行模拟返回值

[Fact]
public void GetUser_ShouldReturnNotFound_WhenCannotFoundUser()
{
  // arrange
  // 新建一个IUserService的mock对象
  var mockUserService = new Mock<IUserService>();
  // 使用moq对IUserService的GetUs方法进行mock: 当入参为233时返回null
  mockUserService
   .Setup(it => it.GetUser(233))
   .Return((User)null);
  var controller = new UserController(mockUserService.Object);
  
  // act
  var actual = controller.GetUser(233) as NotFoundResult;
  
  // assert
  // 验证调用过userService的GetUser方法一次，且入参为233
  mockUserService.Verify(it => it.GetUser(233), Times.AtMostOnce());
}

4.3 AutoFixture

官方仓库

https://github.com/AutoFixture/AutoFixture

AutoFixture是一个假数据填充库，旨在最小化3A中的 arrange 阶段，使开发人员更容易创建包含测试数据的对象，从而可以更专注与测试用例的设计本身。

基本用法

直接使用如下的方式创建强类型的假数据

[Fact]
public void IntroductoryTest()
{
  // arrange
  Fixture fixture = new Fixture();

  int expectedNumber = fixture.Create<int>();
  MyClass sut = fixture.Create<MyClass>();
  
  // act
  int result = sut.Echo(expectedNumber);
  
  // assert
  Assert.Equal(expectedNumber, result);
}

上述示例也可以和测试框架本身结合，比如xUnit

[Theory, AutoData]
public void IntroductoryTest(
  int expectedNumber, MyClass sut)
{
  // act
  int result = sut.Echo(expectedNumber);
  
  // assert
  Assert.Equal(expectedNumber, result);
}

5. 实践中结合Visual Studio的使用

Visual Studio提供了完备的单元测试的支持，包括运行. 编写. 调试单元测试。以及查看单元测试覆盖率等。

5.1 如何在Visual Studio中运行单元测试

5.2 如何在Visual Studio中查看单元测试覆盖率

如下功能需要Visual Studio 2019 Enterprise版本，社区版不带这个功能。

如何查看覆盖率

在测试窗口下，右键相应的测试组点
点击如下的"分析代码覆盖率"

6. 实践中常见场景的Mock

主要

6.1 DbSet

使用EF Core过程中，如何mock DbSet是一个绕不过的坎。

方法一

参考如下链接的回答进行自行封装

https://stackoverflow.com/questions/31349351/how-to-add-an-item-to-a-mock-dbset-using-moq

方法二(推荐)

使用现成的库(也是基于上面的方式封装好的)

仓库地址：

https://github.com/romantitov/MockQueryable

使用范例

// 1. 测试时创建一个模拟的List<T>
var users = new List<UserEntity>()
{
 new UserEntity{LastName = "ExistLastName", DateOfBirth = DateTime.Parse("01/20/2012")},
 ...
};

// 2. 通过扩展方法转换成DbSet<UserEntity>
var mockUsers = users.AsQueryable().BuildMock();

// 3. 赋值给给mock的DbContext中的Users属性
var mockDbContext = new Mock<DbContext>();
mockDbContext
 .Setup(it => it.Users)
 .Return(mockUsers);

6.2 HttpClient

使用RestEase/Refit的场景

如果使用的是 RestEase 或者 Refit 等第三方库，具体接口的定义本质上就是一个interface，所以直接使用moq进行方法mock即可。

并且建议使用这种方式。

IHttpClientFactory

如果使用的是.Net Core自带的 IHttpClientFactory 方式来请求外部接口的话，可以参考如下的方式对 IHttpClientFactory 进行mock

https://www.thecodebuzz.com/unit-test-mock-httpclientfactory-moq-net-core/

6.3 ILogger

由于ILogger的LogError等方法都是属于扩展方法，所以不需要特别的进行方法级别的mock。

针对平时的一些使用场景封装了一个帮助类, 可以使用如下的帮助类进行Mock和Verify

public static class LoggerHelper
{
  public static Mock<ILogger<T>> LoggerMock<T>() where T : class
  {
    return new Mock<ILogger<T>>();
  }

  public static void VerifyLog<T>(this Mock<ILogger<T>> loggerMock, LogLevel level, string containMessage, Times times)
  {
    loggerMock.Verify(
    x => x.Log(
      level,
      It.IsAny<EventId>(),
      It.Is<It.IsAnyType>((o, t) => o.ToString().Contains(containMessage)),
      It.IsAny<Exception>(),
      (Func<It.IsAnyType, Exception, string>)It.IsAny<object>()),
    times);
  }

  public static void VerifyLog<T>(this Mock<ILogger<T>> loggerMock, LogLevel level, Times times)
  {
    loggerMock.Verify(
    x => x.Log(
      level,
      It.IsAny<EventId>(),
      It.IsAny<It.IsAnyType>(),
      It.IsAny<Exception>(),
      (Func<It.IsAnyType, Exception, string>)It.IsAny<object>()),
    times);
  }
}

使用方法

[Fact]
public void Echo_ShouldLogInformation()
{
  // arrange
  var mockLogger = LoggerHelpe.LoggerMock<UserController>();
  var controller = new UserController(mockLogger.Object);
  
  // act
  controller.Echo();
  
  // assert
  mockLogger.VerifyLog(LogLevel.Information, "hello", Times.Once());
}