Android单元测试只看这一篇就够了

偏执的太偏执、 2022-10-05 04:00 267阅读 0赞

单元测试是应用程序测试策略中的基本测试，通过对代码进行单元测试，可以轻松地验证单个单元的逻辑是否正确，在每次构建之后运行单元测试，可以帮助您快速捕获和修复因代码更改（重构、优化等）带来的回归问题。本文主要聊聊Android中的单元测试，主要内容如下：

1.  单元测试的目的以及测试内容
2.  Android中的单元测试分类
3.  JUnit注解
4.  本地单元测试
5.  仪器化单元测试
6.  常用的单元测试开源库
7.  实践经验
8.  其他

# 一、单元测试的目的以及测试内容 #

为什么要进行单元测试？

*  提高稳定性，能够明确地了解是否正确的完成开发；
 *  快速反馈bug，跑一遍单元测试用例，定位bug；
 *  在开发周期中尽早通过单元测试检查bug，最小化技术债，越往后可能修复bug的代价会越大，严重的情况下会影响项目进度；
 *  为代码重构提供安全保障，在优化代码时不用担心回归问题，在重构后跑一遍测试用例，没通过说明重构可能是有问题的，更加易于维护。

单元测试要测什么？

*  列出想要测试覆盖的正常、异常情况，进行测试验证;
 *  性能测试，例如某个算法的耗时等等。

# 二、单元测试的分类 #

1.  本地测试(Local tests): 只在本地机器JVM上运行，以最小化执行时间，这种单元测试不依赖于Android框架，或者即使有依赖，也很方便使用模拟框架来模拟依赖，以达到隔离Android依赖的目的，模拟框架如google推荐的[Mockito][]；
2.  仪器化测试(Instrumented tests): 在真机或模拟器上运行的单元测试，由于需要跑到设备上，比较慢，这些测试可以访问仪器（Android系统）信息，比如被测应用程序的上下文，一般地，依赖不太方便通过模拟框架模拟时采用这种方式。

# 三、JUnit 注解 #

了解一些JUnit注解，有助于更好理解后续的内容。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Annotation</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>@Test public void method()</td> 
   <td>定义所在方法为单元测试方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>@Test (expected = Exception.class) public void method()</td> 
   <td>测试方法若没有抛出Annotation中的Exception类型(子类也可以)-&gt;失败</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>@Test(timeout=100) public void method()</td> 
   <td>性能测试，如果方法耗时超过100毫秒-&gt;失败</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>@Before public void method()</td> 
   <td>这个方法在每个测试之前执行，用于准备测试环境(如: 初始化类，读输入流等)，在一个测试类中，每个@Test方法的执行都会触发一次调用。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>@After public void method()</td> 
   <td>这个方法在每个测试之后执行，用于清理测试环境数据，在一个测试类中，每个@Test方法的执行都会触发一次调用。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>@BeforeClass public static void method()</td> 
   <td>这个方法在所有测试开始之前执行一次，用于做一些耗时的初始化工作(如: 连接数据库)，方法必须是static</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>@AfterClass public static void method()</td> 
   <td>这个方法在所有测试结束之后执行一次，用于清理数据(如: 断开数据连接)，方法必须是static</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>@Ignore或者@Ignore("太耗时") public void method()</td> 
   <td>忽略当前测试方法，一般用于测试方法还没有准备好，或者太耗时之类的</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>@FixMethodOrder(MethodSorters.NAME_ASCENDING) public class TestClass{}</td> 
   <td>使得该测试类中的所有测试方法都按照方法名的字母顺序执行，可以指定3个值，分别是DEFAULT、JVM、NAME_ASCENDING</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 四.本地测试 #

根据单元有没有外部依赖（如Android依赖、其他单元的依赖），将本地测试分为两类，首先看看没有依赖的情况：

*  添加依赖，google官方推荐

dependencies {
        // Required -- JUnit 4 framework
        testImplementation 'junit:junit:4.12'
        // Optional -- Mockito framework（可选，用于模拟一些依赖对象，以达到隔离依赖的效果）
        testImplementation 'org.mockito:mockito-core:2.19.0'
    }

*  单元测试代码存储位置  
    事实上，AS已经帮我们创建好了测试代码存储目录。

app/src
         ├── androidTestjava (仪器化单元测试、UI测试)
         ├── main/java (业务代码)
         └── test/java  (本地单元测试)

*  创建测试类

可以自己手动在相应目录创建测试类，AS也提供了一种快捷方式：选择对应的类->将光标停留在类名上->按下ALT + ENTER->在弹出的弹窗中选择Create Test

Create Test

> Note: 勾选`setUp/@Before`会生成一个带`@Before`注解的`setUp()`空方法，`tearDown/@After`则会生成一个`带@After`的空方法。

import static org.hamcrest.core.Is.is;
    import static org.junit.Assert.assertThat;
    
    public class EmailValidatorTest {
        
        @Test
        public void isValidEmail() {
            assertThat(EmailValidator.isValidEmail("name@email.com"), is(true));
        }
    }

*  运行测试用例

1.  运行单个测试方法：选中@Test注解或者方法名，右键选择**Run**；
2.  运行一个测试类中的所有测试方法：打开类文件，在类的范围内右键选择**Run**，或者直接选择类文件直接右键**Run**；
3.  运行一个目录下的所有测试类：选择这个目录，右键**Run**。

*  运行前面测试验证邮箱格式的例子，测试结果会在**Run**窗口展示，如下图：

本地单元测试-通过

从结果可以清晰的看出，测试的方法为 `EmailValidatorTest` 类中的 `isValidEmail()`方法，测试状态为passed，耗时12毫秒。

修改一下前面的例子，传入一个非法的邮箱地址：

@Test
    public void isValidEmail() {
        assertThat(EmailValidator.isValidEmail("#name@email.com"), is(true));
    }

本地单元测试-失败

测试状态为failed，耗时14毫秒，同时也给出了详细的错误信息：在15行出现了断言错误，错误原因是期望值(Expected)为true，但实际(Actual)结果为false。

也可以通过命令 `gradlew test` 来运行所有的测试用例，这种方式可以添加如下配置，输出单元测试过程中各类测试信息：

android {
        ...
        testOptions.unitTests.all {
            testLogging {
                events 'passed', 'skipped', 'failed', 'standardOut', 'standardError'
                outputs.upToDateWhen { false }
                showStandardStreams = true
            }
        }
    }

还是验证邮箱地址格式的例子 `gradlew test`：

gradlew test

在单元测试中通过System.out或者System.err打印的也会输出。

*  通过模拟框架模拟依赖，隔离依赖  
    前面验证邮件格式的例子，本地JVM虚拟机就能提供足够的运行环境，但如果要测试的单元依赖了Android框架，比如用到了Android中的Context类的一些方法，本地JVM将无法提供这样的环境，这时候模拟框架[Mockito][]就派上用场了。
 *  一个Context\#getString(int)的测试用例

import static org.hamcrest.core.Is.is;
    import static org.junit.Assert.assertThat;
    import static org.mockito.Mockito.when;
    
    @RunWith(MockitoJUnitRunner.class)
    public class MockUnitTest {
        private static final String FAKE_STRING = "AndroidUnitTest";
    
        @Mock
        Context mMockContext;
    
        @Test
        public void readStringFromContext_LocalizedString() {
            //模拟方法调用的返回值，隔离对Android系统的依赖
            when(mMockContext.getString(R.string.app_name)).thenReturn(FAKE_STRING);
            assertThat(mMockContext.getString(R.string.app_name), is(FAKE_STRING));
            
            when(mMockContext.getPackageName()).thenReturn("com.jdqm.androidunittest");
            System.out.println(mMockContext.getPackageName());
        }
    }

read string from context

通过模拟框架[Mockito][]，指定调用context.getString(int)方法的返回值，达到了隔离依赖的目的，其中[Mockito][]使用的是[cglib][]动态代理技术。

# 五、仪器化测试 #

在某些情况下，虽然可以通过模拟的手段来隔离Android依赖，但代价很大，这种情况下可以考虑仪器化的单元测试，有助于减少编写和维护模拟代码所需的工作量。

仪器化测试是在真机或模拟器上运行的测试，它们可以利用Android framework APIs 和 supporting APIs。如果测试用例需要访问仪器(instrumentation)信息(如应用程序的Context)，或者需要Android框架组件的真正实现(如Parcelable或SharedPreferences对象)，那么应该创建仪器化单元测试，由于要跑到真机或模拟器上，所以会慢一些。

*  配置

dependencies {
        androidTestImplementation 'com.android.support:support-annotations:27.1.1'
        androidTestImplementation 'com.android.support.test:runner:1.0.2'
        androidTestImplementation 'com.android.support.test:rules:1.0.2'
    }

android {
        ...
        defaultConfig {
            ...
            testInstrumentationRunner "android.support.test.runner.AndroidJUnitRunner"
        }
    }

*  Example  
    这里举一个操作SharedPreference的例子，这个例子需要访问Context类以及SharedPreference的具体实现，采用模拟隔离依赖的话代价会比较大，所以采用仪器化测试比较合适。

这是业务代码中操作SharedPreference的实现

public class SharedPreferenceDao {
        private SharedPreferences sp;
        
        public SharedPreferenceDao(SharedPreferences sp) {
            this.sp = sp;
        }
    
        public SharedPreferenceDao(Context context) {
            this(context.getSharedPreferences("config", Context.MODE_PRIVATE));
        }
    
        public void put(String key, String value) {
            SharedPreferences.Editor editor = sp.edit();
            editor.putString(key, value);
            editor.apply();
        }
    
        public String get(String key) {
            return sp.getString(key, null);
        }
    }

创建仪器化测试类（app/src/androidTest/java）

// @RunWith 只在混合使用 JUnit3 和 JUnit4 需要，若只使用JUnit4，可省略
    @RunWith(AndroidJUnit4.class)
    public class SharedPreferenceDaoTest {
    
        public static final String TEST_KEY = "instrumentedTest";
        public static final String TEST_STRING = "玉刚说";
    
        SharedPreferenceDao spDao;
    
        @Before
        public void setUp() {
            spDao = new SharedPreferenceDao(App.getContext());
        }
    
        @Test
        public void sharedPreferenceDaoWriteRead() {
            spDao.put(TEST_KEY, TEST_STRING);
            Assert.assertEquals(TEST_STRING, spDao.get(TEST_KEY));
        }
    }

运行方式和本地单元测试一样，这个过程会向连接的设备安装apk，测试结果将在Run窗口展示，如下图：

instrumented test passed

通过测试结果可以清晰看到状态passed，仔细看打印的log，可以发现，这个过程向模拟器安装了两个apk文件，分别是app-debug.apk和app-debug-androidTest.apk，instrumented测试相关的逻辑在app-debug-androidTest.apk中。简单介绍一下安装apk命令pm install:

// 安装apk
    //-t：允许安装测试 APK
    //-r：重新安装现有应用，保留其数据，类似于替换安装
    //更多请参考 https://developer.android.com/studio/command-line/adb?hl=zh-cn
    adb shell pm install -t -r filePath

安装完这两个apk后，通过`am instrument`命令运行instrumented测试用例，该命令的一般格式：

am instrument [flags] <test_package>/<runner_class>

例如本例子中的实际执行命令：

adb shell am instrument -w -r -e debug false -e class 'com.jdqm.androidunittest.SharedPreferenceDaoTest#sharedPreferenceDaoWriteRead' com.jdqm.androidunittest.test/android.support.test.runner.AndroidJUnitRunner

-w: 强制 am instrument 命令等待仪器化测试结束才结束自己(wait)，保证命令行窗口在测试期间不关闭，方便查看测试过程的log
    -r: 以原始格式输出结果(raw format)
    -e: 以键值对的形式提供测试选项，例如 -e debug false
    关于这个命令的更多信息请参考
    https://developer.android.com/studio/test/command-line?hl=zh-cn

如果你实在没法忍受instrumented test的耗时问题，业界也提供了一个现成的方案[Robolectric][]，下一小节讲开源框库的时候会将这个例子改成本地本地测试。

# 六、常用单元测试开源库 #

1. [Mocktio][Mockito]

[https://github.com/mockito/mockito][Mockito]

Mock对象，模拟控制其方法返回值，监控其方法的调用等。

*  添加依赖

testImplementation 'org.mockito:mockito-core:2.19.0'

*  Example

import static org.hamcrest.core.Is.is;
    import static org.junit.Assert.*;
    import static org.mockito.ArgumentMatchers.anyInt;
    import static org.mockito.Mockito.*;
    import static org.mockito.internal.verification.VerificationModeFactory.atLeast;
    
    @RunWith(MockitoJUnitRunner.class)
    public class MyClassTest {
    
        @Mock
        MyClass test;
    
        @Test
        public void mockitoTestExample() throws Exception {
    
            //可是使用注解@Mock替代
            //MyClass test = mock(MyClass.class);
    
            // 当调用test.getUniqueId()的时候返回43
            when(test.getUniqueId()).thenReturn(18);
            // 当调用test.compareTo()传入任意的Int值都返回43
            when(test.compareTo(anyInt())).thenReturn(18);
    
            // 当调用test.close()的时候，抛NullPointerException异常
            doThrow(new NullPointerException()).when(test).close();
            // 当调用test.execute()的时候，什么都不做
            doNothing().when(test).execute();
    
            assertThat(test.getUniqueId(), is(18));
            // 验证是否调用了1次test.getUniqueId()
            verify(test, times(1)).getUniqueId();
            // 验证是否没有调用过test.getUniqueId()
            verify(test, never()).getUniqueId();
            // 验证是否至少调用过2次test.getUniqueId()
            verify(test, atLeast(2)).getUniqueId();
            // 验证是否最多调用过3次test.getUniqueId()
            verify(test, atMost(3)).getUniqueId();
            // 验证是否这样调用过:test.query("test string")
            verify(test).query("test string");
            // 通过Mockito.spy() 封装List对象并返回将其mock的spy对象
            List list = new LinkedList();
            List spy = spy(list);
            //指定spy.get(0)返回"Jdqm"
            doReturn("Jdqm").when(spy).get(0);
            assertEquals("Jdqm", spy.get(0));
        }
    }

2. [powermock][]

[https://github.com/powermock/powermock][powermock]

对于静态方法的mock

*  添加依赖

testImplementation 'org.powermock:powermock-api-mockito2:1.7.4'
        testImplementation 'org.powermock:powermock-module-junit4:1.7.4'

> Note: 如果使用了Mockito，需要这两者使用兼容的版本，具体参考 [https://github.com/powermock/powermock/wiki/Mockito\#supported-versions][https_github.com_powermock_powermock_wiki_Mockito_supported-versions]

*  Example

@RunWith(PowerMockRunner.class)
    @PrepareForTest({StaticClass1.class, StaticClass2.class})
    public class StaticMockTest {
    
        @Test
        public void testSomething() throws Exception{
            // mock完静态类以后，默认所有的方法都不做任何事情
            mockStatic(StaticClass1.class);
            when(StaticClass1.getStaticMethod()).thenReturn("Jdqm");
             StaticClass1.getStaticMethod();
            //验证是否StaticClass1.getStaticMethod()这个方法被调用了一次
            verifyStatic(StaticClass1.class, times(1));
        }
    }

或者是封装为非静态，然后用[Mockito][]:

class StaticClass1Wraper{
      void someMethod() {
        StaticClass1.someStaticMethod();
      }

3. [Robolectric][]

[http://robolectric.org][http_robolectric.org]

主要是解决仪器化测试中耗时的缺陷，仪器化测试需要安装以及跑在Android系统上，也就是需要在Android虚拟机或真机上面，所以十分的耗时，基本上每次来来回回都需要几分钟时间。针对这类问题，业界其实已经有了一个现成的解决方案: Pivotal实验室推出的Robolectric，通过使用Robolectrict模拟Android系统核心库的Shadow Classes的方式，我们可以像写本地测试一样写这类测试，并且直接运行在工作环境的JVM上，十分方便。

*  添加配置

testImplementation "org.robolectric:robolectric:3.8"
    
    android {
      ...
      testOptions {
        unitTests {
          includeAndroidResources = true
        }
      }
    }

*  Example  
    模拟打开MainActivity，点击界面上面的Button，读取TextView的文本信息。

MainActivity.java

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);
            final TextView tvResult = findViewById(R.id.tvResult);
            Button button = findViewById(R.id.button);
            button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
                @Override
                public void onClick(View v) {
                    tvResult.setText("Robolectric Rocks!");
                }
            });
        }
    }

测试类(app/src/test/java/)

@RunWith(RobolectricTestRunner.class)
    public class MyActivityTest {
        
        @Test
        public void clickingButton_shouldChangeResultsViewText() throws Exception {
            MainActivity activity = Robolectric.setupActivity(MainActivity.class);
            Button button =  activity.findViewById(R.id.button);
            TextView results = activity.findViewById(R.id.tvResult);
            //模拟点击按钮，调用OnClickListener#onClick
            button.performClick();
            Assert.assertEquals("Robolectric Rocks!", results.getText().toString());
        }
    }

测试结果

Robolectric test passed

耗时917毫秒，是要比单纯的本地测试慢一些。这个例子非常类似于直接跑到真机或模拟器上，然而它只需要跑在本地JVM即可，这都是得益于Robolectric的Shadow。

> Note: 第一次跑需要下载一些依赖，可能时间会久一点，但后续的测试肯定比仪器化测试打包两个apk并安装的过程快。

在第六小节介绍了通过仪器化测试的方式跑到真机上进行测试SharedPreferences操作，可能吐槽的点都在于耗时太长，现在通过[Robolectric][]改写为本地测试来尝试减少一些耗时。

在实际的项目中，Application可能创建时可能会初始化一些其他的依赖库，不太方便单元测试，这里额外创建一个Application类，不需要在清单文件注册，直接写在本地测试目录即可。

public class RoboApp extends Application {}

在编写测试类的时候需要通过`@Config(application = RoboApp.class)`来配置Application，当需要传入Context的时候调用`RuntimeEnvironment.application`来获取：  
app/src/test/java/

@RunWith(RobolectricTestRunner.class)
    @Config(application = RoboApp.class)
    public class SharedPreferenceDaoTest {
    
        public static final String TEST_KEY = "instrumentedTest";
        public static final String TEST_STRING = "玉刚说";
    
        SharedPreferenceDao spDao;
    
        @Before
        public void setUp() {
            //这里的Context采用RuntimeEnvironment.application来替代应用的Context
            spDao = new SharedPreferenceDao(RuntimeEnvironment.application);
        }
    
        @Test
        public void sharedPreferenceDaoWriteRead() {
            spDao.put(TEST_KEY, TEST_STRING);
            Assert.assertEquals(TEST_STRING, spDao.get(TEST_KEY));
        }
    
    }

像本地此时一样把它跑起来即可。

# 七、实践经验 #

1. 代码中用到了TextUtil.isEmpty()的如何测试

public static boolean isValidEmail(CharSequence email) {
        if (TextUtils.isEmpty(email)) {
            return false;
        }
        return EMAIL_PATTERN.matcher(email).matches();
    }

当你尝试本地测试这样的代码，就会收到一下的异常：

java.lang.RuntimeException: Method isEmpty in android.text.TextUtils not mocked.

这种情况，直接在本地测试目录(app/src/test/java)下添加TextUtils类的实现，但必须保证包名相同。

package android.text;
    
    public class TextUtils {
        public static boolean isEmpty(CharSequence str) {
            return str == null || str.length() == 0;
        }
    }

2. 隔离native方法

public class Model {
        public native boolean nativeMethod();
    }

public class ModelTest {
        Model model;
    
        @Before
        public void setUp() throws Exception {
            model = mock(Model.class);
        }
    
        @Test
        public void testNativeMethod() throws Exception {
            when(model.nativeMethod()).thenReturn(true);
            Assert.assertTrue(model.nativeMethod());
        }
    }

3. 在内部new，不方便Mock

public class Presenter {
    
        Model model;
        public Presenter() {
            model = new Model();
        }
        public boolean getBoolean() {
            return model.getBoolean());
        }
    }

这种情况，需要改进一下代码的写法，不在内部new，而是通过参数传递。

public class Presenter {
        Model model;
        public Presenter(Model model) {
            this.model = model;
        }
        public boolean getBoolean() {
            return model.getBoolean();
        }
    }

这样做方便Mock Model对象。

public class PresenterTest {
        Model     model;
        Presenter presenter;
        
        @Before
        public void setUp() throws Exception {
            // mock Model对象
            model = mock(Model.class);
            presenter = new Presenter(model);
        }
    
        @Test
        public void testGetBoolean() throws Exception {
            when(model.getBoolean()).thenReturn(true);
    
            Assert.assertTrue(presenter.getBoolean());
        }
    }

从这个例子可以看出，代码的框架是否对单元测试友好，也是推进单元测试的一个因素。

4. 本地单元测试-文件操作

在一些涉及到文件读写的App，通常都会在运行时调用`Environment.getExternalStorageDirectory()`得到机器的外存路径，通常的做法是跑到真机或者模拟器上进行调试，耗时比较长，可以通过模拟的方式，在本地JVM完成文件操作。

//注意包名保持一致
    package android.os;
    public class Environment {
        public static File getExternalStorageDirectory() {
            return new File("本地文件系统目录");
        }
    }

直接在本地单元测试进行调试，不再需要跑到真机，再把文件pull出来查看。

public class FileDaoTest {
    
        public static final String TEST_STRING = "Hello Android Unit Test.";
        
        FileDao fileDao;
    
        @Before
        public void setUp() throws Exception {
            fileDao = new FileDao();
        }
    
        @Test
        public void testWrite() throws Exception {
            String name = "readme.md";
            fileDao.write(name, TEST_STRING);
            String content = fileDao.read(name);
            Assert.assertEquals(TEST_STRING, content);
        }
    }

# 八、其他 #

*  考虑可读性，对于方法名使用表达能力强的方法名，对于测试范式可以考虑使用一种规范, 如 RSpec-style。方法名可以采用一种格式，如: \[测试的方法\]*\[测试的条件\]*\[符合预期的结果\]。
 *  不要使用逻辑流关键字(If/else、for、do/while、switch/case)，在一个测试方法中，如果需要有这些，拆分到单独的每个测试方法里。
 *  测试真正需要测试的内容，需要覆盖的情况，一般情况只考虑验证输出（如某操作后，显示什么，值是什么）。
 *  不需要考虑测试private的方法，将private方法当做黑盒内部组件，测试对其引用的public方法即可；不考虑测试琐碎的代码，如getter或者setter。
 *  每个单元测试方法，应没有先后顺序；尽可能的解耦对于不同的测试方法，不应该存在Test A与Test B存在时序性的情况。

> 文章给出的一些示例性代码片段中，有一些类代码没有贴出来，有需要可到以下地址获取完整代码：  
> [https://github.com/jdqm/AndroidUnitTest][https_github.com_jdqm_AndroidUnitTest]

作者：Jdqm  
链接：https://www.jianshu.com/p/aa51a3e007e2  
来源：简书  
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[Mockito]: https://links.jianshu.com/go?to=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fmockito%2Fmockito
[cglib]: https://links.jianshu.com/go?to=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fcglib%2Fcglib
[Robolectric]: https://links.jianshu.com/go?to=http%3A%2F%2Frobolectric.org%2F
[powermock]: https://links.jianshu.com/go?to=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fpowermock%2Fpowermock
[https_github.com_powermock_powermock_wiki_Mockito_supported-versions]: https://links.jianshu.com/go?to=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fpowermock%2Fpowermock%2Fwiki%2FMockito%23supported-versions
[http_robolectric.org]: https://links.jianshu.com/go?to=http%3A%2F%2Frobolectric.org
[https_github.com_jdqm_AndroidUnitTest]: https://links.jianshu.com/go?to=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fjdqm%2FAndroidUnitTest