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微服务场景下的自动化测试

新的挑战

微服务和传统的单块应用相比,在测试策略上,会有一些不太一样的地方。简单来说,在微服务架构中,测试的层次变得更多,而且对环境的搭建要求更高。比如对单块应用,在一个机器上就可以setup出所有的依赖,但是在微服务场景下,由于依赖的服务往往很多,要搭建一个完整的环境非常困难,这对团队的DevOps的能力也有比较高的要求。

相对于单块来说,微服务架构具有以下特点:

  • 每个微服务在物理上分属不同进程
  • 服务间往往通过RESTful来集成
  • 多语言,多数据库,多运行时
  • 网络的不可靠特性
  • 不同的团队和交付周期

上述的这些微服务环境的特点,决定了在微服务场景中进行测试自然会面临的一些挑战:

  • 服务间依赖关系复杂
  • 需要为每个不同语言,不同数据库的服务搭建各自的环境
  • 端到端测试时,环境准备复杂
  • 网络的不可靠会导致测试套件的不稳定
  • 团队之间的沟通成本

测试的分层

相比于常见的三层测试金字塔,在微服务场景下,这个层次可以被扩展为5层(如果将UI测试单独抽取出来,可以分为六层)。

  • 单元测试
  • 集成测试
  • 组件测试
  • 契约测试
  • 端到端测试

Test layers

和测试金字塔的基本原则相同:

  1. 越往上,越接近业务/最终用户;越往下,越接近开发
  2. 越往上,测试用例越少
  3. 越往上,测试成本越高(越耗时,失败时的信息越模糊,越难跟踪)

单元测试

单元测试,即每个微服务内部,对于领域对象,领域逻辑的测试。它的隔离性比较高,无需其他依赖,执行速度较快。

对于业务规则:

  1. 商用软件需要License才可以使用,License有时间限制
  2. 需要License的软件在到期之前,系统需要发出告警
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@Test
public void license_should_expire_after_the_evaluation_period() {
    LocalDate fixed = getDateFrom("2015-09-03");
    License license = new License(fixed.toDate(), 1);

    boolean isExpiredOn = license.isExpiredOn(fixed.plusYears(1).plusDays(1).toDate());
    assertTrue(isExpiredOn);
}

@Test
public void license_should_not_expire_before_the_evaluation_period() {
    LocalDate fixed = getDateFrom("2015-09-05");
    License license = new License(fixed.toDate(), 1);

    boolean isExpiredOn = license.isExpiredOn(fixed.plusYears(1).minusDays(1).toDate());
    assertFalse(isExpiredOn);
}

上面这个例子就是一个非常典型的单元测试,它和其他组件基本上没有依赖。即使要测试的对象对其他类有依赖,我们会Stub/Mock的手段来将这些依赖消除,比如使用mockito/PowerMock

集成测试

系统内模块(一个模块对其周边的依赖项)间的集成,系统间的集成都可以归类为集成测试。比如

  • 数据库访问模块与数据库的集成
  • 对外部service依赖的测试,比如对第三方支付,通知等服务的集成

集成测试强调模块和外部的交互的验证,在集成测试时,通常会涉及到外部的组件,比如数据库,第三方服务。这时候需要尽可能真实的去与外部组件进行交互,比如使用和真实环境相同类型的数据库,采用独立模式(Standalone)的WireMock来启动外部依赖的RESTful系统。

通常会用来做模拟外部依赖工具包括:

其中,mountbank还支持Socket级别的Mock,可以在非HTTP协议的场景中使用。

Integration Test

组件测试

贯穿应用层和领域层的测试。不过通常来说,这部分的测试不会访问真实的外部数据源,而是使用同schema的内存数据库,而且对外部service的访问也会使用Stub的方式:

比如使用h2来做内存数据库,并且自动生成schema。使用WireMock来Stub外部的服务等。

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@Test
public void should_create_user() {
    given().contentType(ContentType.JSON).body(prepareUser()).
            when().post("/users").
            then().statusCode(201).
            body("id", notNullValue()).
            body("name", is("Juntao Qiu")).
            body("email", is("juntao.qiu@gmail.com"));
}

private User prepareUser() {
    User user = new User();
    user.setName("Juntao Qiu");
    user.setEmail("juntao.qiu@gmail.com");
    user.setPassword("password");
    return user;
}

如果使用Spring,还可以通过profile来切换不同的数据库。比如下面这个例子中,默认的profile会连接数据库jigsaw,而integration的profile会连接jigsaw_test数据库:

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spring:
  datasource:
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/jigsaw
    driver-class-title: com.mysql.jdbc.Driver
    username: root
    password: password

---

spring:
  profiles: integration

  datasource:
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/jigsaw_test
    driver-class-title: com.mysql.jdbc.Driver
    username: root
    password: password

组件测试会涉及到的组件包括:

  • URL路由
  • 序列化与反序列化
  • 应用对领域层的访问
  • 领域层对数据的访问
  • 数据库访问层
前后端分离

除了后端的测试之外,在目前的前后端分离场景下,前端的应用越来越复杂,在这种情况下,前端的组件测试也是一个测试的重点。

一个前端应用至少包括了这样一些组件:

  • 前端路由
  • 模板
  • 前端的MVVM
  • 拦截器
  • 事件的响应

要确保这些组件组合起来还能如预期的执行,相关测试必不可少。这篇文章详细讨论了前后端分离之后的测试及开发实践。

契约测试

在微服务场景中,服务之间会有很多依赖关系。根据消费者驱动契约,我们可以将服务分为消费者端和生产者端,通常消费者自己会定义需要的数据格式以及交互细节,并生成一个契约文件。然后生产者根据自己的契约来实现自己的逻辑,并在持续集成环境中持续验证。

Pact已经基本上是消费者驱动契约(Consumer Driven Contract)的事实标准了。它已经有多种语言的实现,Java平台的可以使用pact-jvm及相应的maven/gradle插件进行开发。

pact example

(图片来源:Why you should use Consumer-Driven Contracts for Microservice integration tests)

通常在工程实践上,当消费者根据需要生成了契约之后,我们会将契约上传至一个公共可访问的地址,然后生产者在执行时会访问这个地址,并获得最新版本的契约,然后对着这些契约来执行相应的验证过程。

一个典型的契约的片段是这样的(使用pact):

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"interactions": [
    {
        "description": "Project Service",
        "request": {
            "method": "GET",
            "path": "/projects/11046"
        },
        "response": {
            "status": 200,
            "headers": {
                "Content-Type": "application/json; charset=UTF-8"
            },
            "body": {
                "project-id": "004c97"
            },
            "matchingRules": {
                "$.body.project-id": {
                    "match": "type"
                }
            }
        },
        "providerState": "project service"
    }
]

端到端测试

端到端测试是整个微服务测试中最困难的,一个完整的环境的创建于维护可能需要花费很大的经历,特别是当有多个不同的团队在独立开发的场景下。

另一方面,从传统的测试金字塔来看,端到端测试应该覆盖那些业务价值最高的Happy Path。也就是说,端到端测试并不关注异常场景,甚至大部分的业务场景都不考虑。要做到这一点,需要在设计测试时,从最终用户的角度来考虑,通过用户画像User Journey来确定测试场景。

在端到端测试中,最重要的反而不是测试本身,而是环境的自动化能力。比如可以通过一键就可以将整个环境provision出来:

  • 安装和配置相关依赖
  • 自动将测试数据Feed到数据库
  • 自动部署
  • 服务的自动重启

随着容器技术和容器的编排技术的成熟,这部分工作已经可以比较好的自动化,依赖的工具包括:

一个典型的流程是:

  1. 搭建持续发布流水线
  2. 应用代码的每一次提交都可以构建出docker镜像
  3. 将docker镜像发布在内部的docker-hub上
  4. 触发部署任务,通过rancher的upgrade命令将新的镜像发布
  5. 执行端到端测试套件

端到端测试还可以细分为两个不同的场景:

  • 没有用户交互的场景,如一系列的微服务组成了一个业务API
  • 有用户交互的场景
UI测试

最顶层的UI测试跟传统方式的UI测试并无二致。我们可以使用BDD与实例化需求(Specification By Example)的概念,从用户使用的角度来描述需求,以及相关的验收条件。这里我们会使用WebDriver来驱动浏览器,并通过诸如Capybara等工具来模拟用户的操作。

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