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= Java单元测试最佳实践 =

Java单元测试是软件开发中的重要环节，它允许开发者在代码级别验证各个模块的功能是否按预期工作。本指南将介绍Java单元测试的核心概念、工具和最佳实践，帮助初学者和中级开发者编写高效、可维护的测试代码。

== 什么是单元测试？ ==
单元测试是指对软件中的最小可测试单元（通常是方法或类）进行检查和验证的过程。在Java中，单元测试通常使用JUnit或TestNG等框架实现。

关键特性：
* '''隔离性'''：测试不依赖外部系统（数据库/网络）
* '''快速执行'''：毫秒级完成单个测试
* '''自动化'''：可集成到构建流程中
* '''可重复'''：每次执行结果一致

== 核心工具 ==
{| class="wikitable"
|-
! 工具 !! 用途 !! 当前稳定版
|-
| JUnit 5 || 测试框架 || 5.10.0
|-
| Mockito || 模拟对象 || 5.3.1
|-
| AssertJ || 流式断言 || 3.24.2
|-
| JaCoCo || 覆盖率分析 || 0.8.10
|}

== 基础测试示例 ==
以下是一个简单的JUnit 5测试案例：

<syntaxhighlight lang="java">
import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;

class CalculatorTest {
    
    @Test
    void testAddition() {
        Calculator calc = new Calculator();
        assertEquals(5, calc.add(2, 3), "2 + 3 应该等于 5");
    }
    
    @Test
    void testDivisionByZero() {
        Calculator calc = new Calculator();
        assertThrows(ArithmeticException.class, 
            () -> calc.divide(10, 0),
            "除以零应该抛出异常");
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出示例'''：
<pre>
Tests run: 2, Failures: 0, Errors: 0, Skipped: 0
</pre>

== 最佳实践 ==

=== 1. 测试命名规范 ===
使用描述性名称，推荐格式：
* <code>methodName_StateUnderTest_ExpectedBehavior</code>
* <code>when_[条件]_then_[预期结果]</code>

示例：
<syntaxhighlight lang="java">
@Test
void withdrawMoney_whenInsufficientBalance_thenThrowException() {
    // 测试实现
}
</syntaxhighlight>

=== 2. 测试结构 ===
遵循AAA模式（Arrange-Act-Assert）：
<syntaxhighlight lang="java">
@Test
void testUserCreation() {
    // Arrange - 准备测试数据
    UserService service = new UserService();
    String username = "testUser";
    
    // Act - 执行被测试方法
    User result = service.createUser(username);
    
    // Assert - 验证结果
    assertNotNull(result);
    assertEquals(username, result.getUsername());
}
</syntaxhighlight>

=== 3. 使用模拟对象 ===
当测试需要隔离依赖时，使用Mockito：

<mermaid>
graph LR
    A[测试类] --> B[被测对象]
    B --> C[真实依赖]
    A --> D[模拟依赖]
    style C stroke:#f66
    style D stroke:#090
</mermaid>

示例：
<syntaxhighlight lang="java">
@Test
void testOrderProcessing() {
    // 创建模拟对象
    PaymentGateway mockGateway = Mockito.mock(PaymentGateway.class);
    // 设置模拟行为
    when(mockGateway.process(anyDouble())).thenReturn(true);
    
    OrderService service = new OrderService(mockGateway);
    boolean result = service.processOrder(100.0);
    
    assertTrue(result);
    verify(mockGateway).process(100.0);
}
</syntaxhighlight>

=== 4. 测试覆盖率 ===
使用JaCoCo确保关键路径被覆盖：
* 行覆盖率 ≥ 80%
* 分支覆盖率 ≥ 70%
* 重点覆盖核心业务逻辑

=== 5. 参数化测试 ===
JUnit 5支持多组输入测试：
<syntaxhighlight lang="java">
@ParameterizedTest
@CsvSource({
    "2, 3, 5",
    "0, 0, 0",
    "-1, 1, 0"
})
void testAddMultipleCases(int a, int b, int expected) {
    assertEquals(expected, new Calculator().add(a, b));
}
</syntaxhighlight>

== 高级技巧 ==

=== 1. 自定义匹配器 ===
使用AssertJ创建可读性更高的断言：
<syntaxhighlight lang="java">
assertThat(user)
    .hasName("John")
    .hasAgeBetween(18, 60)
    .hasVerifiedEmail();
</syntaxhighlight>

=== 2. 测试异常 ===
验证异常类型和消息：
<syntaxhighlight lang="java">
Exception ex = assertThrows(IllegalArgumentException.class,
    () -> service.validate(null));
    
assertTrue(ex.getMessage().contains("不能为空"));
</syntaxhighlight>

=== 3. 时间敏感测试 ===
测试超时和性能：
<syntaxhighlight lang="java">
@Test
@Timeout(value = 100, unit = TimeUnit.MILLISECONDS)
void testResponseTime() {
    // 执行时间必须小于100ms
}
</syntaxhighlight>

== 实际案例 ==
'''电商系统库存管理测试'''

<mermaid>
stateDiagram-v2
    [*] --> 有库存
    有库存 --> 库存不足: 扣减后库存<0
    有库存 --> 仍有库存: 扣减后库存≥0
    库存不足 --> [*]
    仍有库存 --> [*]
</mermaid>

测试代码：
<syntaxhighlight lang="java">
class InventoryServiceTest {
    
    @Test
    void deductStock_whenQuantityAvailable_shouldSucceed() {
        InventoryService service = new InventoryService();
        service.setStock("P001", 10);
        
        service.deductStock("P001", 3);
        
        assertEquals(7, service.getStock("P001"));
    }
    
    @Test
    void deductStock_whenInsufficient_shouldReject() {
        InventoryService service = new InventoryService();
        service.setStock("P001", 2);
        
        assertThrows(InventoryException.class,
            () -> service.deductStock("P001", 3));
    }
}
</syntaxhighlight>

== 常见陷阱 ==
* '''测试实现细节'''：应该测试行为而非实现
* '''过度模拟'''：导致测试与实现耦合
* '''忽略失败测试'''：必须立即修复失败的测试
* '''随机测试'''：使用随机数据但未验证边界条件

== 数学验证 ==
对于需要数学验证的测试，可以使用断言表达式：

<math>
\sum_{i=1}^{n} i = \frac{n(n+1)}{2}
</math>

对应测试：
<syntaxhighlight lang="java">
@Test
void testSumFormula() {
    int n = 100;
    int sum = IntStream.rangeClosed(1, n).sum();
    assertEquals(n * (n + 1) / 2, sum);
}
</syntaxhighlight>

== 总结 ==
Java单元测试最佳实践包括：
# 遵循清晰的命名和结构规范
# 保持测试独立和快速执行
# 合理使用模拟对象
# 追求有意义的覆盖率
# 处理各种边界条件
# 定期维护测试代码

通过遵循这些实践，您可以构建可靠的测试套件，显著提高代码质量和开发效率。

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