詳解Go?語言如何通過測試保證質(zhì)量
引言
本節(jié)帶你學(xué)習(xí)本專欄的第四模塊:工程管理?,F(xiàn)在項目的開發(fā)都不是一個人可以完成的,需要多人進(jìn)行協(xié)作,那么在多人協(xié)作中如何保證代碼的質(zhì)量,你寫的代碼如何被其他人使用,如何優(yōu)化代碼的性能等, 就是第四模塊的內(nèi)容。
這一講首先來學(xué)習(xí) Go 語言的單元測試和基準(zhǔn)測試。
單元測試
在開發(fā)完一個功能后,你可能會直接把代碼合并到代碼庫,用于上線或供其他人使用。但這樣是不對的,因為你還沒有對所寫的代碼進(jìn)行測試。沒有經(jīng)過測試的代碼邏輯可能會存在問題:如果強行合并到代碼庫,可能影響其他人的開發(fā);如果強行上線,可能導(dǎo)致線上 Bug、影響用戶使用。
什么是單元測試
顧名思義,單元測試強調(diào)的是對單元進(jìn)行測試。在開發(fā)中,一個單元可以是一個函數(shù)、一個模塊等。一般情況下,你要測試的單元應(yīng)該是一個完整的最小單元,比如 Go 語言的函數(shù)。這樣的話,當(dāng)每個最小單元都被驗證通過,那么整個模塊、甚至整個程序就都可以被驗證通過。
單元測試由開發(fā)者自己編寫,也就是誰改動了代碼,誰就要編寫相應(yīng)的單元測試代碼以驗證本次改動的正確性。
Go 語言的單元測試
雖然每種編程語言里單元測試的概念是一樣的,但它們對單元測試的設(shè)計不一樣。Go 語言也有自己的單元測試規(guī)范,下面我會通過一個完整的示例為你講解,這個例子就是經(jīng)典的斐波那契數(shù)列。
斐波那契數(shù)列是一個經(jīng)典的黃金分隔數(shù)列:它的第 0 項是 0;第 1 項是 1;從第 2 項開始,每一項都等于前兩項之和。所以它的數(shù)列是:0、1、1、2、3、5、8、13、21……
說明:為了便于總結(jié)后面的函數(shù)方程式,我這里特意寫的從第 0 項開始,其實現(xiàn)實中沒有第 0 項。
根據(jù)以上規(guī)律,可以總結(jié)出它的函數(shù)方程式。
F(0)=0
F(1)=1
F(n)=F(n - 1)+F(n - 2)
有了函數(shù)方程式,再編寫一個 Go 語言函數(shù)來計算斐波那契數(shù)列就比較簡單了,代碼如下:
ch18/main.go
func Fibonacci(n int) int { if n < 0 { return 0 } if n == 0 { return 0 } if n == 1 { return 1 } return Fibonacci(n-1) + Fibonacci(n-2) }
也就是通過遞歸的方式實現(xiàn)了斐波那契數(shù)列的計算。
Fibonacci 函數(shù)已經(jīng)編寫好了,可以供其他開發(fā)者使用,不過在使用之前,需要先對它進(jìn)行單元測試。你需要新建一個 go 文件用于存放單元測試代碼。剛剛編寫的 Fibonacci 函數(shù)在ch18/main.go文件中,那么對 Fibonacci 函數(shù)進(jìn)行單元測試的代碼需要放在ch18/main_test.go中*,*測試代碼如下:
ch18/main_test.go
func TestFibonacci(t *testing.T) { //預(yù)先定義的一組斐波那契數(shù)列作為測試用例 fsMap := map[int]int{} fsMap[0] = 0 fsMap[1] = 1 fsMap[2] = 1 fsMap[3] = 2 fsMap[4] = 3 fsMap[5] = 5 fsMap[6] = 8 fsMap[7] = 13 fsMap[8] = 21 fsMap[9] = 34 for k, v := range fsMap { fib := Fibonacci(k) if v == fib { t.Logf("結(jié)果正確:n為%d,值為%d", k, fib) } else { t.Errorf("結(jié)果錯誤:期望%d,但是計算的值是%d", v, fib) } } }
在這個單元測試中,我通過 map 預(yù)定義了一組測試用例,然后通過 Fibonacci 函數(shù)計算結(jié)果。同預(yù)定義的結(jié)果進(jìn)行比較,如果相等,則說明 Fibonacci 函數(shù)計算正確,不相等則說明計算錯誤。
然后即可運行如下命令,進(jìn)行單元測試:
? go test -v ./ch18
這行命令會運行 ch18 目錄下的所有單元測試,因為我只寫了一個單元測試,所以可以看到結(jié)果如下所示:
? go test -v ./ch18
=== RUN TestFibonacci
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為0,值為0
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為1,值為1
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為6,值為8
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為8,值為21
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為9,值為34
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為2,值為1
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為3,值為2
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為4,值為3
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為5,值為5
main_test.go:21: 結(jié)果正確:n為7,值為13
--- PASS: TestFibonacci (0.00s)
PASS
ok gotour/ch18 (cached)
在打印的測試結(jié)果中,你可以看到 PASS 標(biāo)記,說明單元測試通過,而且還可以看到我在單元測試中寫的日志。
這就是一個完整的 Go 語言單元測試用例,它是在 Go 語言提供的測試框架下完成的。Go 語言測試框架可以讓我們很容易地進(jìn)行單元測試,但是需要遵循五點規(guī)則。
- 含有單元測試代碼的 go 文件必須以 _test.go 結(jié)尾,Go 語言測試工具只認(rèn)符合這個規(guī)則的文件。
- 單元測試文件名 _test.go 前面的部分最好是被測試的函數(shù)所在的 go 文件的文件名,比如以上示例中單元測試文件叫 main_test.go,因為測試的 Fibonacci 函數(shù)在 main.go 文件里。
- 單元測試的函數(shù)名必須以 Test 開頭,是可導(dǎo)出的、公開的函數(shù)。
- 測試函數(shù)的簽名必須接收一個指向 testing.T 類型的指針,并且不能返回任何值。
- 函數(shù)名最好是 Test + 要測試的函數(shù)名,比如例子中是 TestFibonacci,表示測試的是 Fibonacci 這個函數(shù)。
遵循以上規(guī)則,你就可以很容易地編寫單元測試了。單元測試的重點在于熟悉業(yè)務(wù)代碼的邏輯、場景等,以便盡可能地全面測試,保障代碼質(zhì)量。
單元測試覆蓋率
以上示例中的 Fibonacci 函數(shù)是否被全面地測試了呢?這就需要用單元測試覆蓋率進(jìn)行檢測了。
Go 語言提供了非常方便的命令來查看單元測試覆蓋率。還是以 Fibonacci 函數(shù)的單元測試為例,通過一行命令即可查看它的單元測試覆蓋率。
? go test -v --coverprofile=ch18.cover ./ch18
這行命令包括 --coverprofile 這個 Flag,它可以得到一個單元測試覆蓋率文件,運行這行命令還可以同時看到測試覆蓋率。Fibonacci 函數(shù)的測試覆蓋率如下:
PASS coverage: 85.7% of statements ok gotour/ch18 0.367s coverage: 85.7% of statements
可以看到,測試覆蓋率為 85.7%。從這個數(shù)字來看,F(xiàn)ibonacci 函數(shù)應(yīng)該沒有被全面地測試,這時候就需要查看詳細(xì)的單元測試覆蓋率報告了。
運行如下命令,可以得到一個 HTML 格式的單元測試覆蓋率報告:
? go tool cover -html=ch18.cover -o=ch18.html
命令運行后,會在當(dāng)前目錄下生成一個 ch18.html 文件,使用瀏覽器打開它,可以看到圖中的內(nèi)容:
單元測試覆蓋率報告
紅色標(biāo)記的部分是沒有測試到的,綠色標(biāo)記的部分是已經(jīng)測試到的。這就是單元測試覆蓋率報告的好處,通過它你可以很容易地檢測自己寫的單元測試是否完全覆蓋。
根據(jù)報告,我再修改一下單元測試,把沒有覆蓋的代碼邏輯覆蓋到,代碼如下:
fsMap[-1] = 0
也就是說,由于圖中 n<0 的部分顯示為紅色,表示沒有測試到,所以我們需要再添加一組測試用例,用于測試 n<0 的情況。現(xiàn)在再運行這個單元測試,查看它的單元測試覆蓋率,就會發(fā)現(xiàn)已經(jīng)是 100% 了。
基準(zhǔn)測試
除了需要保證我們編寫的代碼的邏輯正確外,有時候還有性能要求。那么如何衡量代碼的性能呢?這就需要基準(zhǔn)測試了。
什么是基準(zhǔn)測試
基準(zhǔn)測試(Benchmark)是一項用于測量和評估軟件性能指標(biāo)的方法,主要用于評估你寫的代碼的性能。
Go 語言的基準(zhǔn)測試
Go 語言的基準(zhǔn)測試和單元測試規(guī)則基本一樣,只是測試函數(shù)的命名規(guī)則不一樣?,F(xiàn)在還以 Fibonacci 函數(shù)為例,演示 Go 語言基準(zhǔn)測試的使用。
Fibonacci 函數(shù)的基準(zhǔn)測試代碼如下:
ch18/main_test.go
func BenchmarkFibonacci(b *testing.B){ for i:=0;i<b.N;i++{ Fibonacci(10) } }
這是一個非常簡單的 Go 語言基準(zhǔn)測試示例,它和單元測試的不同點如下:
- 基準(zhǔn)測試函數(shù)必須以 Benchmark 開頭,必須是可導(dǎo)出的;
- 函數(shù)的簽名必須接收一個指向 testing.B 類型的指針,并且不能返回任何值;
- 最后的 for 循環(huán)很重要,被測試的代碼要放到循環(huán)里;
- b.N 是基準(zhǔn)測試框架提供的,表示循環(huán)的次數(shù),因為需要反復(fù)調(diào)用測試的代碼,才可以評估性能。
寫好了基準(zhǔn)測試,就可以通過如下命令來測試 Fibonacci 函數(shù)的性能:
? go test -bench=. ./ch18 goos: darwin goarch: amd64 pkg: gotour/ch18 BenchmarkFibonacci-8 3461616 343 ns/op PASS ok gotour/ch18 2.230s
運行基準(zhǔn)測試也要使用 go test 命令,不過要加上 -bench 這個 Flag,它接受一個表達(dá)式作為參數(shù),以匹配基準(zhǔn)測試的函數(shù),"."表示運行所有基準(zhǔn)測試。
下面著重解釋輸出的結(jié)果。看到函數(shù)后面的 -8 了嗎?這個表示運行基準(zhǔn)測試時對應(yīng)的 GOMAXPROCS 的值。接著的 3461616 表示運行 for 循環(huán)的次數(shù),也就是調(diào)用被測試代碼的次數(shù),最后的 343 ns/op 表示每次需要花費 343 納秒。
基準(zhǔn)測試的時間默認(rèn)是 1 秒,也就是 1 秒調(diào)用 3461616 次、每次調(diào)用花費 343 納秒。如果想讓測試運行的時間更長,可以通過 -benchtime 指定,比如 3 秒,代碼如下所示:
go test -bench=. -benchtime=3s ./ch18
計時方法
進(jìn)行基準(zhǔn)測試之前會做一些準(zhǔn)備,比如構(gòu)建測試數(shù)據(jù)等,這些準(zhǔn)備也需要消耗時間,所以需要把這部分時間排除在外。這就需要通過 ResetTimer 方法重置計時器,示例代碼如下:
func BenchmarkFibonacci(b *testing.B) { n := 10 b.ResetTimer() //重置計時器 for i := 0; i < b.N; i++ { Fibonacci(n) } }
這樣可以避免因為準(zhǔn)備數(shù)據(jù)耗時造成的干擾。
除了 ResetTimer 方法外,還有 StartTimer 和 StopTimer 方法,幫你靈活地控制什么時候開始計時、什么時候停止計時。
內(nèi)存統(tǒng)計
在基準(zhǔn)測試時,還可以統(tǒng)計每次操作分配內(nèi)存的次數(shù),以及每次操作分配的字節(jié)數(shù),這兩個指標(biāo)可以作為優(yōu)化代碼的參考。要開啟內(nèi)存統(tǒng)計也比較簡單,代碼如下,即通過 ReportAllocs() 方法:
func BenchmarkFibonacci(b *testing.B) { n := 10 b.ReportAllocs() //開啟內(nèi)存統(tǒng)計 b.ResetTimer() //重置計時器 for i := 0; i < b.N; i++ { Fibonacci(n) } }
現(xiàn)在再運行這個基準(zhǔn)測試,就可以看到如下結(jié)果:
? go test -bench=. ./ch18
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: gotour/ch18
BenchmarkFibonacci-8 2486265 486 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
PASS
ok gotour/ch18 2.533s
可以看到相比原來的基準(zhǔn)測試多了兩個指標(biāo),分別是 0 B/op 和 0 allocs/op。前者表示每次操作分配了多少字節(jié)的內(nèi)存,后者表示每次操作分配內(nèi)存的次數(shù)。這兩個指標(biāo)可以作為代碼優(yōu)化的參考,盡可能地越小越好。
小提示:以上兩個指標(biāo)是否越小越好?這是不一定的,因為有時候代碼實現(xiàn)需要空間換時間,所以要根據(jù)自己的具體業(yè)務(wù)而定,做到在滿足業(yè)務(wù)的情況下越小越好。
并發(fā)基準(zhǔn)測試
除了普通的基準(zhǔn)測試外,Go 語言還支持并發(fā)基準(zhǔn)測試,你可以測試在多個 goroutine 并發(fā)下代碼的性能。還是以 Fibonacci 為例,它的并發(fā)基準(zhǔn)測試代碼如下:
func BenchmarkFibonacciRunParallel(b *testing.B) { n := 10 b.RunParallel(func(pb *testing.PB) { for pb.Next() { Fibonacci(n) } }) }
可以看到,Go 語言通過 RunParallel 方法運行并發(fā)基準(zhǔn)測試。RunParallel 方法會創(chuàng)建多個 goroutine,并將 b.N 分配給這些 goroutine 執(zhí)行。
基準(zhǔn)測試實戰(zhàn)
相信你已經(jīng)理解了 Go 語言的基準(zhǔn)測試,也學(xué)會了如何使用,現(xiàn)在我以一個實戰(zhàn)幫你復(fù)習(xí)。
還是以 Fibonacci 函數(shù)為例,通過前面小節(jié)的基準(zhǔn)測試,會發(fā)現(xiàn)它并沒有分配新的內(nèi)存,也就是說 Fibonacci 函數(shù)慢并不是因為內(nèi)存,排除掉這個原因,就可以歸結(jié)為所寫的算法問題了。
在遞歸運算中,一定會有重復(fù)計算,這是影響遞歸的主要因素。解決重復(fù)計算可以使用緩存,把已經(jīng)計算好的結(jié)果保存起來,就可以重復(fù)使用了。
基于這個思路,我將 Fibonacci 函數(shù)的代碼進(jìn)行如下修改:
//緩存已經(jīng)計算的結(jié)果 var cache = map[int]int{} func Fibonacci(n int) int { if v, ok := cache[n]; ok { return v } result := 0 switch { case n < 0: result = 0 case n == 0: result = 0 case n == 1: result = 1 default: result = Fibonacci(n-1) + Fibonacci(n-2) } cache[n] = result return result }
這組代碼的核心在于采用一個 map 將已經(jīng)計算好的結(jié)果緩存、便于重新使用。改造后,我再來運行基準(zhǔn)測試,看看剛剛優(yōu)化的效果,如下所示:
BenchmarkFibonacci-8 97823403 11.7 ns/op
可以看到,結(jié)果為 11.7 納秒,相比優(yōu)化前的 343 納秒,性能足足提高了 28 倍。
總結(jié)
單元測試是保證代碼質(zhì)量的好方法,但單元測試也不是萬能的,使用它可以降低 Bug 率,但也不要完全依賴。除了單元測試外,還可以輔以 Code Review、人工測試等手段更好地保證代碼質(zhì)量。
在這節(jié)課的最后給你留個練習(xí)題:在運行 go test 命令時,使用 -benchmem 這個 Flag 進(jìn)行內(nèi)存統(tǒng)計。
以上就是詳解Go 語言如何通過測試保證質(zhì)量的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Go 語言測試保證質(zhì)量的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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