• 【单元测试】测试用例编写

    在你想要了解如何编写单元测试的时候，想必对于单元测试的概念和重要性都已经有了比较充足的了解。
    本篇不讲概念、不说废话，仅展示一些单元测试编写的技巧和方法，希望能够帮助大家实际用起来。

    计划做一个单元测试的专栏，后续补充一些关于覆盖率检查、编写效率提升、重复执行、自动执行相关的文章。
    全示例代码，无需关注、无需开会员，需要的可以持续关注。

    一、引言

    单元测试，编程中熟知的有效工具，擅长预先发现错误、全面覆盖异常场景并助力代码重构。若你的项目面临复杂业务难以测试或旧代码维护难题，不妨尝试单元测试，它将为这些问题带来有效解决方案。当单元测试覆盖率达到一定指标后，将显著提升代码质量和项目的可持续发展能力。

    二、测试框架选择

    • JUnit

      优点： 提供了基础的单元测试能力， 可以通过JUnit提供的注解、断言来组织和运行测试用例。例如：@Test、@BeforeEach、@AfterEach、@BeforeAll、@AfterAll、@ExtendWith等；
      不足： 不支持对被测对象、依赖、参数、返回值的模拟能力，不能对方法调用进行验证。

    • Mockito

      优点： 提供了对测试对象、依赖对象、方法参数、方法返回值进行模拟的能力，能够对返回值、方法调用进行验证；
      不足： 需要依赖JUnit，不能对私有方法、final方法、构造方法进行测试。

    • PowerMock

      优点： 提供对私有方法、final方法、构造方法进行测试的能力；
      不足： 需要与JUnit、Mockito进行配合使用，版本太老存在不兼容问题。

    三、基本用法

    被测试代码示例

    @Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private ProductService productService;

    public void setProductService(ProductService productService) {
        this.productService = productService;
    }

    public Order getById(Long id) {
        return new Order().setId(id)
                .setTotalAmount(BigDecimal.valueOf(15).multiply(BigDecimal.valueOf(id)))
                .setProduct(productService.getById(id));
    }

    public void delete(Long id) {
        System.out.println("Order delete called.");
        productService.delete(id);
    }

    private String getOrderUser(Long id) {
        return "Order User: " + id;
    }
    
    public static String staticMethod() {
        return "Order static method called.";
    }
}

@Service
public class ProductService {

    public Product getById(Long id) {
        return new Product().setId(id).setName("Product: " + id);
    }

    public void delete(Long id) {
        System.out.println("Product delete called.");
    }

    public static String staticMethod() {
        return "Static method called.";
    }
    
}

@Data
@NoArgsConstructor
@Accessors(chain = true)
public class Order {

    private Long id;

    private BigDecimal totalAmount;

    private Product product;

    private String user;

    public Order(Long id) {
        this.id = id;
        this.totalAmount = BigDecimal.valueOf(10).multiply(BigDecimal.valueOf(id));
    }
}

@Data
@Accessors(chain = true)
public class Product {

    private Long id;

    private String name;

}

// 使用Mockito扩展
@ExtendWith(MockitoExtension.class)
public class OrderServiceTest {

    // 模拟掉ProductService所有方法，仅测试OrderService
    @Mock
    private ProductService productService;

    @Spy
    @InjectMocks
    private OrderService orderService;
    
}
    1. 构造测试对象
      a. 实例化创建
      OrderService orderService = new OrderService();
      b. 依赖注入
      @Autowired
private OrderService orderService;
      c. Mock创建
      // Mock注解创建
@Mock
private OrderService orderService;

// Mock方法创建
OrderService orderService = Mockito.mock(OrderService.class);
      d. Spy创建
      // Spy注解创建
@Spy
private OrderService orderService;

// Spy方法创建
OrderService orderService = Mockito.spy(OrderService.class);
    2. 构造依赖对象
      a. 依赖注入
      @Autowired
private OrderService orderService;
      b. 手动设置
      OrderService orderService = new OrderService();
// new ProductService也可以替换为Mock、Spy生成的对象
orderService.setProductService(new ProductService());
      c. InjectMock注入
      // 需要注入的对象，此处可以用@Spy替换@Mock，不过需注意@Spy和@Mock对象方法调用上的区别
@Mock
private ProductService productService;

// 依赖OrderService的被测试对象
@InjectMocks
private OrderService orderService;
    3. 模拟方法调用。以下示例可通过Junit+Mockito 进行实现。
      a. 返回特定值
      // getById本应返回id=1的Product，此处模拟返回id=2的Product
Mockito.doReturn(new Product().setId(2L)).when(productService).getById(1L);
Assertions.assertEquals(2L, productService.getById(1L).getId(), "应该返回Stub的值为2L！");

// 验证productService.getById(1L)被调用过
Mockito.verify(productService).getById(Mockito.anyLong());
// 验证productService.delete(1L)未被调用过
Mockito.verify(productService, Mockito.never()).delete(1L);
// 验证productService.getById(1L)被调用过1次
Mockito.verify(productService, Mockito.times(1)).getById(1L);
      b. 返回动态值。前三次调用时依次返回Id为1、2、3的Product对象，第4次及之后只返回Id为3的Product对象。
      Mockito.doAnswer(invocation -> {
    // 获取传参
    Long productId = invocation.getArgument(0);
    // 构造一个自定义的Product对象
    return new Product().setId(productId);
}).when(productService).getById(Mockito.anyLong());

// 断言
Assertions.assertEquals(3L, productService.getById(3L).getId(), "传3L应返回3L");
Assertions.assertEquals(2L, productService.getById(2L).getId(), "传2L应返回2L");
Assertions.assertEquals(1L, productService.getById(1L).getId(), "传1L应返回1L");
// 验证方法被调用了三次
Mockito.verify(productService, Mockito.times(3)).getById(Mockito.anyLong());
      c. 每次返回不一样的值。
      // 设置3个模拟返回值
Mockito.doReturn(new Product().setId(1L), new Product().setId(2L), new Product().setId(3L)).when(productService).getById(1L);

// 断言
// 第一次调用
Assertions.assertEquals(1L, productService.getById(1L).getId(), "第一次调用返回1L");
// 第二次调用
Assertions.assertEquals(2L, productService.getById(1L).getId(), "第二次调用返回2L");
// 第三次调用
Assertions.assertEquals(3L, productService.getById(1L).getId(), "第三次调用返回2L");
// 第四次调用
Assertions.assertEquals(3L, productService.getById(1L).getId(), "第四次调用返回2L");
// 第五次调用
Assertions.assertEquals(3L, productService.getById(1L).getId(), "第五次调用返回2L");
      d. 模拟抛出异常。
      // 调用getById方法时抛出异常
Mockito.doThrow(new InvalidParamException("Invalid Param")).when(productService).getById(1L);

// 断言，方法调用抛出InvalidParamException异常
InvalidParamException exception = Assertions.assertThrows(InvalidParamException.class, () -> productService.getById(1L), "此处应抛出异常！");
// 此处可以拿到异常，对异常信息再次校验
Assertions.assertEquals("Invalid Param", exception.getMessage(), "异常信息应为Invalid Param");
      e. 模拟调用静态方法。自Mockito 3以后，静态方法的调用不再需要依赖PowerMock。
      // 创建模拟对象
try (MockedStatic<ProductService> mockedStatic = Mockito.mockStatic(ProductService.class)) {
    // 利用Stub进行返回值模拟
    mockedStatic.when(ProductService::staticMethod).thenReturn("Mock static method called.");
    // 调用静态方法
    String staticMethodReturn = ProductService.staticMethod();

    // 断言
    // 应该返回模拟结果
    Assertions.assertEquals("Mock static method called.", staticMethodReturn, "应当返回模拟结果！");
    // 不应该返回真实结果
    Assertions.assertNotEquals("Static method called.", staticMethodReturn, "不应该返回实际结果！");
}
      f. 调用Mock对象真实方法。
      // 模拟返回值
Mockito.doReturn(new Product().setId(2L)).when(productService).getById(1L);
// 断言
// Mock生效。返回Mock值
Assertions.assertEquals(2L, productService.getById(1L).getId(), "调用模拟方法返回2L");
// 验证方法被调用过至少一次
Mockito.verify(productService, Mockito.atLeastOnce()).getById(1L);

// 调用实际方法
Mockito.doCallRealMethod().when(productService).getById(1L);
// 断言
// 调用真实方法，返回实际值
Assertions.assertEquals(1L, productService.getById(1L).getId(), "调用真实方法返回1L");
// 验证方法调用次数增加一次，为2次
Mockito.verify(productService, Mockito.times(2)).getById(1L);
    4. 特殊方法模拟。借助PowerMock对私有方法、静态方法进行测试。
      测试代码示例
      // 使用PowerMockRunner进行测试
@RunWith(PowerMockRunner.class)
// 将静态方法、私有方法的类在这里声明
@PrepareForTest({OrderService.class})
public class OrderServiceTest {
    
    @Mock
    private ProductService productService;

    @InjectMocks
    private OrderService orderService;

}
      a. 模拟私有方法的调用
      Long id = 1L;
// 使用PowerMock模拟orderService方法的执行
orderService = PowerMockito.spy(orderService);
// 将orderService的getOrderUser方法返回值改为“Mocked order User:”
String mockedReturn = "Mocked order User: " + id;
PowerMockito.doReturn(mockedReturn).when(orderService, "getOrderUser", Mockito.any());
// 调用orderService的getById方法，getById调用静态方法getOrderUser
Order order = orderService.getById(id);
// 验证私有方法被调用过
PowerMockito.verifyPrivate(orderService).invoke("getOrderUser", Mockito.any());
// 验证orderService的getOrderUser方法被调用了1次
PowerMockito.verifyPrivate(orderService, Mockito.times(1)).invoke("getOrderUser", Mockito.any());
// 验证order的user值为Mock的返回值
Assertions.assertEquals(mockedReturn, order.getUser());
      b. 真实调用私有方法
      Long id = 1L;
// 使用PowerMock模拟orderService方法的执行
orderService = PowerMockito.spy(orderService);
// 调用orderService的私有方法getOrderUser
String orderUser = Whitebox.invokeMethod(orderService, "getOrderUser", id);
// 验证私有方法被调用过
PowerMockito.verifyPrivate(orderService).invoke("getOrderUser", Mockito.any());
// 验证orderService的getOrderUser方法被调用了1次
PowerMockito.verifyPrivate(orderService, Mockito.times(1)).invoke("getOrderUser", Mockito.any());
// 验证order的user值为“Order User:”，未被修改
Assertions.assertEquals("Order User: " + id, orderUser);
      c. 模拟静态方法的调用。这里写法有些怪，verify方法后必须再跟一次静态方法调用
      PowerMockito.mockStatic(OrderService.class);
// 将orderService的staticMethod方法返回值改为“Mocked order static method called.”
String mockedReturn = "Mocked order static method called.";
PowerMockito.when(OrderService.staticMethod()).thenReturn(mockedReturn);
// 调用静态方法
String staticResult = OrderService.staticMethod();
// 验证静态方法被调用过。这里写法有些怪，verify方法后必须跟一次方法调用
PowerMockito.verifyStatic(OrderService.class);
OrderService.staticMethod();
// 验证静态方法被调用过1次。这里写法有些怪，verify方法后必须跟一次方法调用
PowerMockito.verifyStatic(OrderService.class, Mockito.times(1));
OrderService.staticMethod();
// 验证staticResult值为Mock的返回值
Assertions.assertEquals(mockedReturn, staticResult);
      d. 模拟构造方法的调用
      // 将Order对象构造方法的返回值改为2L
Order mockOrder = new Order(2L);
PowerMockito.whenNew(Order.class).withArguments(1L).thenReturn(mockOrder);
// 调用Order对象构造方法
Order mockResult = new Order(1L);
// 验证返回值为2L
Assertions.assertEquals(mockResult.getId(), mockOrder.getId());
    5. 验证方法调用。确认被模拟的依赖方法调用是否符合预期（被调用或未被调用）
      a. 验证方法从未被调用过
      // 模拟方法返回值
Mockito.doReturn(new Product().setId(2L)).when(productService).getById(1L);
// 调用productService的getById方法，未调用orderService的getById方法
productService.getById(1L);
// 验证productService的getById方法被调用过
Mockito.verify(productService).getById(Mockito.anyLong());
// 验证orderService的getById方法未被调用过
Mockito.verify(orderService, Mockito.never()).getById(1L);
      b. 验证方法被调用过（至少一次）
      // 模拟方法返回值
Mockito.doReturn(new Product().setId(2L)).when(productService).getById(1L);
// 触发一次调用
productService.getById(1L);
// 触发第二次调用
productService.getById(1L);

// 验证方法至少被调用一次
Mockito.verify(productService, Mockito.atLeastOnce()).getById(Mockito.anyLong());
      c. 验证方法被调用指定次数
      // 模拟方法返回值
Mockito.doReturn(new Product().setId(2L)).when(productService).getById(1L);

// 触发一次调用
productService.getById(1L);
// 验证方法至少被调用一次
Mockito.verify(productService, Mockito.atLeastOnce()).getById(Mockito.anyLong());
// 验证方法被调用一次
Mockito.verify(productService, Mockito.atLeastOnce()).getById(Mockito.anyLong());

// 触发第二次调用
productService.getById(1L);
// 验证方法被调用两次
Mockito.verify(productService, Mockito.times(2)).getById(Mockito.anyLong());

    四、完整实例

    1. Controller代码测试。
      a. 被测试代码
      @RestController
@RequestMapping("/order")
@RequiredArgsConstructor(onConstructor_ = {@Lazy})
public class OrderController {

    private final OrderService orderService;

    @GetMapping("/{id}")
    public Order info(@PathVariable Long id) {
        return orderService.getById(id);
    }

}
      b. 单元测试代码
      @WebMvcTest(OrderController.class)
public class OrderControllerTest {

    @Autowired
    private MockMvc mockMvc;

    @MockBean
    private OrderService orderService;

    @Test
    @SneakyThrows
    public void testInfo() {
        // 期望返回的对象
        Order order = new Order(1L);
        // 对OrderService的返回值进行模拟
        Mockito.doReturn(order).when(orderService).getById(order.getId());

        // 构造一个请求
        MockHttpServletRequestBuilder requestBuilder = MockMvcRequestBuilders.get("/order/" + order.getId()).accept(MediaType.APPLICATION_JSON);
        // 执行请求
        ResultActions resultActions = mockMvc.perform(requestBuilder);
        // 验证Http响应状态码
        resultActions.andExpect(status().isOk());
        // 使用JsonPath验证查询到的Id为1
        resultActions.andExpect(MockMvcResultMatchers.jsonPath("$.id").value(order.getId()));
        // 获取响应对象
        MockHttpServletResponse response = resultActions.andReturn().getResponse();
        // 解析响应内容，进行复杂验证
        Order respObj = JSON.parseObject(response.getContentAsString(), Order.class);
        Assertions.assertEquals(order.getId(), respObj.getId());
    }

}

    注意：@MockBean 不能使用Mokicto 中的@Mock 或@Spy进行替换；

    1. Service代码测试。Service层代码业务逻辑复杂，需要进行全覆盖。
      a. 被测试代码
      @Service
@RequiredArgsConstructor(onConstructor_ = {@Lazy})
public class UserService {

    private final UserMapper userMapper;

    public Integer save(UserCreateRequest createRequest) {
        // 用户密码不能等于123456
        if ("123456".equals(createRequest.getPassword())) {
            throw new InvalidParamException("用户密码太简单了！");
        }

        // 检查用户是否存在
        User user = userMapper.selectByUsername(createRequest.getUsername());
        if (user == null) {
            // 用户不存在则进行新增
            return this.create(createRequest);
        }

        // 用户存在，则按照用户名进行更新
        // 用户密码不能包含生日
        this.update(user, createRequest);

        return user.getId();
    }

    /**
     * 新增用户
     *
     * @param createRequest 用户创建请求
     * @return 用户Id
     */
    public Integer create(UserCreateRequest createRequest) {
        // 用户不存在则进行新增
        User createValue = new User();
        createValue.setUsername(createRequest.getUsername());
        // 从老系统查询数据
        User oldUser = oldUserFeign.getByUsername(createRequest.getUsername());
        if (oldUser == null) {
            // 如果在老系统不存在，使用默认值填充
            createValue.setSex("未知");
        } else {
            // 如果在老系统存在，使用老系统用户信息进行填充
            createValue.setBirthday(oldUser.getBirthday());
            createValue.setSex(oldUser.getSex());
        }
        
        // 保存到数据库
        return userMapper.create(createValue);
    }

    /**
     * 更新用户
     *
     * @param user          用户
     * @param createRequest 更新参数
     */
    public void update(User user, UserCreateRequest createRequest) {
        String formatUserBirthday = user.getBirthday().replace("-", "");
        if (createRequest.getPassword().contains(formatUserBirthday)) {
            throw new InvalidParamException("用户密码不能包含生日！");
        }

        User updateUser = new User();
        updateUser.setUsername(createRequest.getUsername());
        updateUser.setPassword(createRequest.getPassword());
        // 更新到数据库
        userMapper.update(updateUser);
    }

}
      b. 单元测试代码
      @ExtendWith(MockitoExtension.class)
public class UserServiceTest {

    @Mock
    private UserMapper userMapper;

    @Mock
    private OldUserFeign oldUserFeign;

    @Spy
    @InjectMocks
    private UserService userService;

    /**
     * 测试使用简单密码保存用户信息
     * 1、验证使用简单密码创建用户时，应当抛出异常
     * 2、验证非简单密码创建用户，应当能够正确保存
     */
    @Test
    public void testSaveSimplePasswd() {
        // 验证使用简单密码创建用户时，应当抛出异常
        UserCreateRequest simplePasswdRequest = new UserCreateRequest("user-01", "123456");
        // 执行被测试方法，并验证异常类型是否匹配
        InvalidParamException assertThrows = Assertions.assertThrows(
                InvalidParamException.class, () -> userService.save(simplePasswdRequest), "简单密码应当抛出异常"
        );
        // 验证异常信息是否匹配
        Assertions.assertEquals("用户密码太简单了！", assertThrows.getMessage(), "简单密码异常信息不匹配!");
        // 抛出异常后，或许代码不应该继续执行
        Mockito.verify(userMapper, Mockito.never()).selectByUsername(simplePasswdRequest.getUsername());

        // 验证非简单密码创建用户，应当不会抛出异常
        UserCreateRequest normalPasswdRequest = new UserCreateRequest("user-01", "12345678");
        // 执行被测试方法，且不会抛出异常
        userService.save(normalPasswdRequest);
        // 未抛出异常，后续代码应当执行一次
        Mockito.verify(userMapper, Mockito.times(1)).selectByUsername(normalPasswdRequest.getUsername());
    }

    /**
     * 测试使用不存在的用户名保存用户信息，应当执行新增操作，且更新操作不会执行
     */
    @Test
    public void testSaveNotExistUsername() {
        // 用户名不存在的用户请求
        UserCreateRequest notExistUsernameRequest = new UserCreateRequest("user-01", "12345678");
        // 模拟UserMapper.selectByUsername返回值
        Mockito.doReturn(null).when(userMapper).selectByUsername(notExistUsernameRequest.getUsername());
        // 模拟UserService.create方法返回值
        Mockito.doReturn(1).when(userService).create(notExistUsernameRequest);
        // 执行被测试方法
        Integer createdUserId = userService.save(notExistUsernameRequest);

        // 未抛出异常，UserMapper.selectByUsername应当执行一次
        Mockito.verify(userMapper, Mockito.times(1)).selectByUsername(notExistUsernameRequest.getUsername());
        // 未抛出异常，UserService.create应当执行一次
        Mockito.verify(userService, Mockito.times(1)).create(notExistUsernameRequest);
        // 用户不存在，UserService.update方法不应该被执行
        Mockito.verify(userService, Mockito.never()).update(Mockito.any(), Mockito.any());
        // UserService.create返回1，UserService.save返回值也应当为1
        Assertions.assertEquals(1, createdUserId, "新增用户Id应该为1!");
    }

    /**
     * 验证使用已存在的用户名保存用户信息，应当执行更新操作，且新增操作不会被执行
     */
    @Test
    public void testSaveExistUsername() {
        User user = new User().setId(1);
        // 用户名存在的用户请求
        UserCreateRequest existUsernameRequest = new UserCreateRequest("user-01", "12345678");
        // 模拟UserMapper.selectByUsername返回值
        Mockito.doReturn(user).when(userMapper).selectByUsername(existUsernameRequest.getUsername());
        // 模拟UserService.update调用，但是没有返回值
        Mockito.doNothing().when(userService).update(Mockito.any(), Mockito.any());
        // 执行被测试方法
        Integer updateUserId = userService.save(existUsernameRequest);
        // 未抛出异常，UserMapper.selectByUsername应当执行一次
        Mockito.verify(userMapper, Mockito.times(1)).selectByUsername(existUsernameRequest.getUsername());
        // 用户存在，UserService.create方法不应该被执行
        Mockito.verify(userService, Mockito.never()).create(Mockito.any());
        // 未抛出异常，UserService.update应当执行一次
        Mockito.verify(userService, Mockito.times(1)).update(Mockito.any(), Mockito.any());
    }

}
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