引言

本節(jié)帶你學(xué)習(xí)本專欄的第四模塊：工程管理。現(xiàn)在項(xiàng)目的開發(fā)都不是一個(gè)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(gè)功能后，你可能會(huì)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?yàn)槟氵€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(huì)存在問題：如果強(qiáng)行合并到代碼庫，可能影響其他人的開發(fā)；如果強(qiáng)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(qiáng)調(diào)的是對單元進(jìn)行測試。在開發(fā)中，一個(gè)單元可以是一個(gè)函數(shù)、一個(gè)模塊等。一般情況下，你要測試的單元應(yīng)該是一個(gè)完整的最小單元，比如 Go 語言的函數(shù)。這樣的話，當(dāng)每個(gè)最小單元都被驗(yàn)證通過，那么整個(gè)模塊、甚至整個(gè)程序就都可以被驗(yàn)證通過。

單元測試由開發(fā)者自己編寫，也就是誰改動(dòng)了代碼，誰就要編寫相應(yīng)的單元測試代碼以驗(yàn)證本次改動(dòng)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(jì)不一樣。Go 語言也有自己的單元測試規(guī)范，下面我會(huì)通過一個(gè)完整的示例為你講解，這個(gè)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(gè)經(jīng)典的黃金分隔數(shù)列：它的第 0 項(xiàng)是 0；第 1 項(xiàng)是 1；從第 2 項(xiàng)開始，每一項(xiàng)都等于前兩項(xiàng)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(xiàng)開始，其實(shí)現(xiàn)實(shí)中沒有第 0 項(xiàng)。

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(gè) Go 語言函數(shù)來計(jì)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(shí)現(xiàn)了斐波那契數(shù)列的計(jì)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(gè) 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(cuò)誤：期望%d,但是計(jì)算的值是%d", v, fib)
      }
   }
}

在這個(gè)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(jì)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(jì)算正確，不相等則說明計(jì)算錯(cuò)誤。

然后即可運(yùn)行如下命令，進(jìn)行單元測試：

? go test -v ./ch18

這行命令會(huì)運(yùn)行 ch18 目錄下的所有單元測試，因?yàn)槲抑粚懥艘粋€(gè)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(gè)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(diǎn)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(gè)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?yàn)闇y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(gè)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(gè)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(diǎn)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(gè) Flag，它可以得到一個(gè)單元測試覆蓋率文件，運(yùn)行這行命令還可以同時(shí)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(gè)數(shù)字來看，F(xiàn)ibonacci 函數(shù)應(yīng)該沒有被全面地測試，這時(shí)候就需要查看詳細(xì)的單元測試覆蓋率報(bào)告了。

運(yùn)行如下命令，可以得到一個(gè) HTML 格式的單元測試覆蓋率報(bào)告：

? go tool cover -html=ch18.cover -o=ch18.html

命令運(yùn)行后，會(huì)在當(dāng)前目錄下生成一個(gè) 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(bào)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(bào)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(bào)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?，F(xiàn)在再運(yùn)行這個(gè)單元測試，查看它的單元測試覆蓋率，就會(huì)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(shí)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(xiàng)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(gè)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(diǎn)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(gè)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?yàn)樾枰磸?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(yùn)行基準(zhǔn)測試也要使用 go test 命令，不過要加上 -bench 這個(gè) Flag，它接受一個(gè)表達(dá)式作為參數(shù)，以匹配基準(zhǔn)測試的函數(shù)，"."表示運(yùn)行所有基準(zhǔn)測試。

下面著重解釋輸出的結(jié)果?？吹胶瘮?shù)后面的 -8 了嗎？這個(gè)表示運(yùn)行基準(zhǔn)測試時(shí)對應(yīng)的 GOMAXPROCS 的值。接著的 3461616 表示運(yùn)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(fèi) 343 納秒。

基準(zhǔn)測試的時(shí)間默認(rèn)是 1 秒，也就是 1 秒調(diào)用 3461616 次、每次調(diào)用花費(fèi) 343 納秒。如果想讓測試運(yùn)行的時(shí)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(jì)時(shí)方法

進(jìn)行基準(zhǔn)測試之前會(huì)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(shí)間，所以需要把這部分時(shí)間排除在外。這就需要通過 ResetTimer 方法重置計(jì)時(shí)器，示例代碼如下：

func BenchmarkFibonacci(b *testing.B) {
   n := 10
   b.ResetTimer() //重置計(jì)時(shí)器
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      Fibonacci(n)
   }
}

這樣可以避免因?yàn)闇?zhǔn)備數(shù)據(jù)耗時(shí)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(shí)候開始計(jì)時(shí)、什么時(shí)候停止計(jì)時(shí)。

內(nèi)存統(tǒng)計(jì)

在基準(zhǔn)測試時(shí)，還可以統(tǒng)計(jì)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(gè)指標(biāo)可以作為優(yōu)化代碼的參考。要開啟內(nèi)存統(tǒng)計(jì)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(jì)
   b.ResetTimer() //重置計(jì)時(shí)器
   for i := 0; i < b.N; i++ {
      Fibonacci(n)
   }
}

現(xiàn)在再運(yùn)行這個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)指標(biāo)是否越小越好？這是不一定的，因?yàn)橛袝r(shí)候代碼實(shí)現(xiàn)需要空間換時(shí)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(gè) 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(yùn)行并發(fā)基準(zhǔn)測試。RunParallel 方法會(huì)創(chuàng)建多個(gè) goroutine，并將 b.N 分配給這些 goroutine 執(zhí)行。

基準(zhǔn)測試實(shí)戰(zhàn)

相信你已經(jīng)理解了 Go 語言的基準(zhǔn)測試，也學(xué)會(huì)了如何使用，現(xiàn)在我以一個(gè)實(shí)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(huì)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?yàn)閮?nèi)存，排除掉這個(gè)原因，就可以歸結(jié)為所寫的算法問題了。

在遞歸運(yùn)算中，一定會(huì)有重復(fù)計(jì)算，這是影響遞歸的主要因素。解決重復(fù)計(jì)算可以使用緩存，把已經(jīng)計(jì)算好的結(jié)果保存起來，就可以重復(fù)使用了。

基于這個(gè)思路，我將 Fibonacci 函數(shù)的代碼進(jìn)行如下修改：

//緩存已經(jīng)計(jì)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(gè) map 將已經(jīng)計(jì)算好的結(jié)果緩存、便于重新使用。改造后，我再來運(yùn)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(gè)練習(xí)題：在運(yùn)行 go test 命令時(shí)，使用 -benchmem 這個(gè) Flag 進(jìn)行內(nèi)存統(tǒng)計(jì)。

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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