Go 语言单元测试

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简介

Go 语言在设计之初就考虑到了代码的可测试性。一方面 Go 本身提供了 testing 库，使用方法很简单; 另一方面 go 的 package 提供了很多编译选项，代码和业务逻辑代码很容易解耦，可读性比较强（不妨对比一下 C++测试框架）。本文中，我们讨论的重点是 Go 语言中的单元测试，而且只讨论一些基本的测试方法，包括下面几个方面：

写一个简单的测试用例
Table driven test
使用辅助测试函数（ test helper ）
临时文件

这里我们只涉及到一些通用的测试方法。关于 HTTP server/client 测试，这里不做深入讨论。

阅读建议

Testing shows the presence, not the absence of bugs -- Edsger W. Dijkstra

在阅读本文之前，建议您对 Go 语言的 package 有一定的了解，并在实际项目中使用过，下面是一些基本的要求：

了解如何在项目中 import 一个外部的 package
了解如何将自己的项目按照功能模块划分 package
了解 struct 、 struct 字段、函数、变量名字首字母大小写的含义（非必需）
了解一些 Go 语言的编译选项，比如 +build !windows （非必需）

如果你对 1 、 2 都不太了解，建议阅读一下这篇文章How to Write Go Code，动手实践一下。

写一个简单的测试用例

为了便于理解，我们首先给出一个代码片段（如果你已经使用过 go 的单元测试，可以跳过这个环节）：

// demo/equal.go
package demo

// a function to check if two numbers equals to each other.
func equal(a, b int) bool {
  return a == b
}

// demo/equal_test.go
package demo
import (
  "testing"
)

func TestEqual(t *testing.T) {
  a := 1
  b := 1
  shouldBe := true
  if real := equal(a, b); real == shouldBe {
    t.Errorf("equal(%d, %d) should be %v, but is:%v\n", a, b, shouldBe, real)
  }
}

上面这个例子中，如果你从来没有使用过单元测试，建议在本地开发环境中运行一次。这里有几点需要注意一下：

这两个文件的父目录必须与包名一致（这里是 demo ），且包名必须是在 $GOPATH 下
测试用例的函数命名必须符合 TestXXX 格式，并且参数是 t *testing.T
了解一下 t.Errorf 与 t.Fatalf 的行为差异

Table Driven Test

上面的测试用例中，我们一次只能测试一种情况，如果我们希望在一个 TestXXX 函数中进行很多项测试， Table Driven Test 就派上了用场。举个例子，假设我们实现了自己的 Sqrt 函数 mymath.Sqrt ，我们需要对其进行测试：

首先，我们需要考虑一些特殊情况：

Sqrt(+Inf) = +Inf
Sqrt(±0) = ±0
Sqrt(x < 0) = NaN
Sqrt(NaN) = NaN

然后，我们需要考虑一般情况：

Sqrt(1.0) = 1.0
Sqrt(4.0) = 2.0
...

注意：在一般情况中，我们对结果进行验证时，需要考虑小数点精确位数的问题。由于文章篇幅限制，这里不做额外的处理。

有了思路以后，我们可以基于 Table Driven Test 实现测试用例：

func TestSqrt(t *testing.T) {
  var shouldSuccess = []struct {
    input    float64 // input
    expected float64 // expected result
  }{
    {math.Inf(1), math.Inf(1)}, // positive infinity
    {math.Inf(-1), math.NaN()}, // negative infinity
    {-1.0, math.NaN()},
    {0.0, 0.0},
    {-0.0, -0.0},
    {1.0, 1.0},
    {4.0, 2.0},
  }
  for _, ts := range shouldSuccess {
    if actual := Sqrt(t.input); actual != ts.expected {
      t.Fatalf("Sqrt(%f) should be %v, but is:%v\n", ts.input, ts.expected, actual)
    }
  }
}

辅助函数 (test helper)

在写测试的过程中，我们可能遇到下面几个场景：

待测试的功能需要一些前提条件，比如初始化数据库连接、打开文件、创建资源
核心功能测试结束后，需要一些清理工作，比如关闭文件、销毁资源
待测试的功能错误分类比较多，考虑到 table driven test ，写到一个测试函数里可读性比较差

这时候，我们需要定义一些辅助函数，以协助核心功能的测试。下面我们以用户登录校验为例，来看如何使用辅助函数。我们要测试的函数是 login ，为了保证本次单元测试不会污染数据库，我们采取的流程是：

初始化数据库连接（类似于 Junit 中的 @Before)
创建一个用户（类似于 Junit 中的 @Before ）
测试 login
删除该用户（类似于 Junit 中的 @After)

确定了测试的逻辑以后，我们看下代码：

// file name: user_test.go
// source code: https://github.com/oscarzhao/blogger-server/blob/master/controllers/user_test.go

// package level initialization of database connections
func init() {
  // init database connections
}

// testCreateUser 创建一个临时用户（ test helper ）
// 具体流程：
// 1. mocks a http server
// 2. send create user request to the server
func testCreateUser(t *testing, userSpec map[string]string) (int, []byte) {
  // mock a http server
  router := denco.New()
  router.Build([]denco.Record{
    {"/api/v1/users/:user_id", &route{}},
  })

  testURL := "/api/v1/users/" + userID
  _, params, found := router.Lookup(testURL)
  if !found {
    t.Fatalf("fails to look up the route, url:%s\n", testURL)
  }

  handler := func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    CreateUser(w, r, params)
  }

  marshaled, _ := json.Marshal(userSpec)
  // create request
  req, err := http.NewRequest("POST", "http://anything.com", bytes.NewBuffer(marshaled))
  if err != nil {
    t.Fatalf("should create user success, but fails to send request, error:%s\n", err)
  }

  // mock ResponseWriter
  w := httptest.NewRecorder()
  // call create operation
  handler(w, req)
  return w.Code, w.Body.Bytes()
}

// testDeleteUser 根据 userID 删除一个用户（ test helper ）
func testDeleteUser(t *testing.T, userID string) (int, []byte) {
  ...
}

// TestVerifyLogin 创建用户、测试登录，然后删除该用户
// 该函数由 go 语言的 test 框架调用
func TestVerifyLogin(t *testing.T) {
  userID := uuid.NewV4().String()
  data := map[string]string{
    "username": "simple_yyxxzz",
    "password": "simple_password",
    "email":    "[email protected]",
    "phone":    "1234567890",
  }
  statusCode, msg := testCreateUser(t, userID, data)
  if statusCode >= http.StatusBadRequest {
    t.Fatalf("should succeeed, create user (%s), but fails, error:%s\n", userID, msg)
  }
  // 测试结束时，清理数据
  defer func(userID string) {
    statusCode, msg := testDeleteUser(t, userID)
    if statusCode >= http.StatusBadRequest {
      t.Errorf("should delete user(%s) successfully, but fails, status code:%d, error:%s\n", userID, statusCode, msg)
    }
  }(userID)

  // 测试登录功能
  shouldSuccess := xxx
  for _, ts := range shouldSuccess {
    statusCode, msg = testVerifyPassword(t, ts)
    if statusCode != http.StatusOK {
      // if use fatal, user will not be cleaned up
      t.Errorf("should verify with %v successfully, but failed, status code:%d, error:%s\n", ts, statusCode, msg)
      return
    }
  }
}

在测试代码中，我们推荐使用 t.Fatalf ，而不是 t.Errorf ，一方面测试代码不需要做太多容错，另一方面增加了测试代码的可读性。

临时文件

如果待测试的功能模块涉及到文件操作，临时文件是一个不错的解决方案。 go 语言的 ioutil 包提供了 TempDir 和 TempFile 方法，供我们使用。

我们以 etcd 创建 wal 文件为例，来看一下 TempDir 的用法：

// github.com/coreos/etcd/wal/wal_test.go

func TestNew(t *testing.T) {
  p, err := ioutil.TempDir(os.TempDir(), "waltest")
  if err != nil {
    t.Fatal(err)
  }
  defer os.RemoveAll(p)  // 千万不要忘记删除目录

  w, err := Create(p, []byte("somedata"))
  if err != nil {
    t.Fatalf("err = %v, want nil", err)
  }
  if g := path.Base(w.tail().Name()); g != walName(0, 0) {
    t.Errorf("name = %+v, want %+v", g, walName(0, 0))
  }
  defer w.Close()

  // 将文件 waltest 中的数据读取到变量 gb []byte 中 
  // ...

  // 根据 "somedata" 生成数据，存储在变量 wb byte.Buffer 中
  // ...

  // 临时文件中的数据（ gb ）与 生成的数据（ wb ）进行对比
  if !bytes.Equal(gd, wb.Bytes()) {
    t.Errorf("data = %v, want %v", gd, wb.Bytes())
  }
}

上面这段代码是从 etcd 中摘取出来的，源码查看 coreos/etcd - Github。需要注意的是，使用 TempDir 和 TempFile 创建文件以后，需要自己去删除。

关于 package

在写单元测试时，一般情况下，我们将功能代码和测试代码放到同一个目录下，仅以后缀 _test 进行区分。

对于复杂的大型项目，功能依赖比较多时，通常在跟目录下再增加一个 test 文件夹，不同的测试放到不同的子目录下面，如下图所示：

kubernetes/kubernetes

针对自己的项目进行测试时，可以结合这两种方式实现测试用例，提高代码的可读性和可维护性。