【JUnit实战3_12】第七章：用 Stub 模拟进行粗粒度测试

安冬的码畜日常2025-10-27 23:47

《JUnit in Action》全新第3版封面截图

写在前面

在上一章探讨了测试质量的相关话题后，后面两章就可以学习软件测试中的模拟技术了。本章先介绍 Stub 模拟技术，下一章则聚焦 mock 对象模拟技术。和第一部分的几章内容一样，学习本章的要领也是深入理解 Stub 模拟的应用场景和演示的典型案例，然后对照随书代码，带着问题或猜想在本地做一些小改动，这样才能进一步加深印象。

文章目录

  • [第七章 用 Stub 进行粗粒度测试](#第七章 用 Stub 进行粗粒度测试)
    • [7.1 概述](#7.1 概述)
    • [7.2 Stub 桩代码的应用场景](#7.2 Stub 桩代码的应用场景)
    • [7.3 Stub 桩的优缺点](#7.3 Stub 桩的优缺点)
    • [7.4 演示一：用 Stub 替换服务器资源](#7.4 演示一：用 Stub 替换服务器资源)
      • [7.4.1 处理更多测试分支](#7.4.1 处理更多测试分支)
    • [7.5 演示二：用 Stub 替换 connection 连接](#7.5 演示二：用 Stub 替换 connection 连接)
    • [7.6 小结](#7.6 小结)

第七章 用 Stub 进行粗粒度测试

本章概要

  • 用 Stub 桩代码进行测试；
  • 用嵌入式服务器替换真实 Web 服务器的方法；
  • 利用 Stub 桩代码实现 HTTP 连接的单元测试。

7.1 概述

测试需要保持稳定性，具体体现在重复运行时必须产生相同的结果。

如果某应用依赖特定的运行时环境，编写单元测试的难度就会大幅上升。应对这类问题有两种思路：

  • 类比真实环境在开发环境搭建一套测试所需的环境（通常有难度）；
  • 利用行为相似的 伪对象（fake） 来模拟缺失的功能模块。伪对象的实现方式通常又有两种------
    • 利用 Stub 桩代码：
      • 测试流程：初始化 Stub ➡️ 执行测试 ➡️ 验证断言；
    • 使用 Mock 模拟对象：
      • 测试流程：初始化 Mock ➡️ 设置期望值 ➡️ 执行测试 ➡️ 验证断言。

7.2 Stub 桩代码的应用场景

定义：Stub 桩 是在运行时插入的一段用于替代真实代码逻辑的代码，旨在隔离调用方与真实实现，达到化繁为简、便于测试的效果。

Stub 桩代码的典型应用场景：

  • 当现有系统过于复杂、脆弱、且无法改动时；
  • 应用依赖了一个无法控制的外部环境时；
  • 正在替换某个完整的外部系统时（文件系统、服务器连接、数据库等）；
  • 正在进行粗粒度测试（子系统间的集成测试等）。

不适合的场景：

  • 测试失败信息需要细粒度的测试来提供时；
  • 想要单独测试代码逻辑中的某一小部分逻辑时（DeepSeek：尤其是涉及条件分支、错误处理、特定算法步骤等需要与依赖对象进行特定交互的场景）。

7.3 Stub 桩的优缺点

优点 缺点
为 SUT（被测系统）提供很高的可信度 实现难度较大
无需修改 SUT，被测逻辑即为生产环境逻辑 可维护性欠佳
不适合细粒度测试
通用性较差，不同情况需要不同的实现策略

7.4 演示一：用 Stub 替换服务器资源

如果在本地搭建 Apache 服务器，则劣势过于明显------

  • 容易因自身工况的故障干扰单元测试；
  • 测试内容的分散：被测 Web 资源和 JUnit 测试代码位于不同的环境，难以随时确保一致；
  • 难以自动化测试过程：需要先部署测试网页，再启动服务器，最后在运行单元测试。

因此，本例采用 jetty 容器来解决上述问题。首先添加 jetty 容器的 Maven 依赖：

xml 复制代码 
<dependency>
    <groupId>org.mortbay.jetty</groupId>
    <artifactId>jetty</artifactId>
    <version>7.0.0.pre5</version>
</dependency>

本例中 Stub 桩要模拟的外部系统，是一个远程 Web 资源服务器，其上的远程 Web 资源是一个可以生成 HTML 格式响应的 servlet：

而被测系统（SUT）则是一个本地客户端获取远程 HTML 响应的实例方法（getContent()）：

该 SUT 具体实现如下：

java 复制代码 
import java.net.URL;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.io.InputStream;
import java.io.IOException;

public class WebClient {
    public String getContent(URL url) {
        StringBuffer content = new StringBuffer();
        try {
            HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
            connection.setDoInput(true);
            InputStream is = connection.getInputStream();
            byte[] buffer = new byte[2048];
            int count;
            while (-1 != (count = is.read(buffer))) {
                content.append(new String(buffer, 0, count));
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        return content.toString();
    }
}

基本思路：在测试开始前初始化 jetty 容器，并配置测试地址对应的测试逻辑：

java 复制代码 
import org.mortbay.jetty.Server;
import org.mortbay.jetty.servlet.Context;

@BeforeAll
public static void setUp() throws Exception {
    Server server = new Server(8081);

    Context ctx = new Context(server, "/testGetContentOk");
    ctx.setHandler(new TestGetContentOkHandler());

    server.setStopAtShutdown(true);
    server.start();
}

这里第 L9 行的测试内部类 TestGetContentOkHandler 稍后讨论。

由于 L11 设置了自动关闭容器，测试结束后的注解方法可以不写：

java 复制代码 
@AfterAll
public static void tearDown() {
    // Empty
}

接着是单元测试的相关逻辑：

java 复制代码 
@Test
public void testGetContentOk() throws MalformedURLException {
    String spec = "http://localhost:8081/testGetContentOk";
    String workingContent = new WebClient().getContent(new URL(spec));
    assertEquals("It works", workingContent);
}

Stub 模拟测试最复杂的部分，即 TestGetContentOkHandler 的实现。需要继承抽象类 org.mortbay.jetty.handler.AbstractHandler，并实现其 handle 方法：

java 复制代码 
/**
 * Handler to handle the good requests to the server.
 */
private static class TestGetContentOkHandler extends AbstractHandler {
    public void handle(String target, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, int dispatch)
            throws IOException {
        try (OutputStream out = response.getOutputStream();
            ByteArrayISO8859Writer writer = new ByteArrayISO8859Writer()
        ) {
            writer.write("It works");
            writer.flush();
            response.setIntHeader(HttpHeaders.CONTENT_LENGTH, writer.size());
            writer.writeTo(out);
            out.flush();
        }
    }
}

由于模拟服务器响应什么，单元测试用例就接收什么，所以 L10 进行了简化。

实测运行情况：

7.4.1 处理更多测试分支

上述演示仅仅是正常响应下的单元测试逻辑。如果需要测试其他内容（如报错情况），则需要构建完全不同的测试逻辑，实现各自的 handle 方法：

java 复制代码 
@BeforeAll
public static void setUp() throws Exception {
    Server server = new Server(8081);

    // 配置正确响应的测试逻辑（本次不参与测试）
    Context contentOkContext = new Context(server, "/testGetContentOk");
    contentOkContext.setHandler(new TestGetContentOkHandler());

    // 配置 503 报错的测试逻辑
    Context contentErrorContext = new Context(server, "/testGetContentError");
    contentErrorContext.setHandler(new TestGetContentServerErrorHandler());

    // 配置 404 报错的测试逻辑
    Context contentNotFoundContext = new Context(server, "/testGetContentNotFound");
    contentNotFoundContext.setHandler(new TestGetContentNotFoundHandler());
    
    server.setStopAtShutdown(true);
    server.start();
}

为此需要再创建两个内部类：

java 复制代码 
/**
 * Handler to handle bad requests to the server
 */
private static class TestGetContentServerErrorHandler extends AbstractHandler {
    public void handle(String target, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, int dispatch) throws IOException {
        response.sendError(HttpServletResponse.SC_SERVICE_UNAVAILABLE);
    }
}

/**
 * Handler to handle requests that request unavailable content.
 */
private static class TestGetContentNotFoundHandler extends AbstractHandler {
    public void handle(String target, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, int dispatch) throws IOException {
        response.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_FOUND);
    }
}

并且补充两个新的测试用例：

java 复制代码 
@Test
public void testGetContentNotFound(){
    Throwable t = assertThrows(RuntimeException.class, () -> {
        URL url = new URL("http://localhost:8081/testGetContentNotFound");
        new WebClient().getContent(url);
    });
    String msg = t.getMessage();
    System.err.println("Error message: " + msg);
    assertTrue(msg.contains("FileNotFoundException"));
}

@Test
public void testGetContentNotFound(){
    Throwable t = assertThrows(RuntimeException.class, () -> {
        URL url = new URL("http://localhost:8081/testGetContentNotFound");
        new WebClient().getContent(url);
    });
    String msg = t.getMessage();
    System.err.println("Error message: " + msg);
    assertTrue(msg.contains("FileNotFoundException"));
}

实测结果：

7.5 演示二：用 Stub 替换 connection 连接

本例较上一案例更轻量，只对 connection 进行 stub 模拟，无需集成 jetty 容器，利用 Java 内置的 java.net 包就能达到 stub 效果。

缺点是：该方法涉及 Java URL 系统的扩展机制，用自定义的 URLStreamHandlerFactory 工厂类替换了 Java 默认的 URL 处理机制。一旦设置成功后，同一 JVM 中的所有 URL 连接都会被拦截。因此测试后需要重置相关状态（如重启 JVM 等）。

该方法的核心思想是 利用 Java 的 SPI(Service Provider Interface) 模式 ，通过替换工厂方法来改变整个 URL 处理链的行为，从而实现测试桩的效果。

其测试类的代码逻辑相对简单：

java 复制代码 
/**
 * A test case that tests the WebClient class by stubbing the HTTP connection.
 */
public class TestWebClient1 {

    @BeforeAll
    public static void setUp() {
        URL.setURLStreamHandlerFactory(protocol -> new URLStreamHandler(){
            @Override
            protected URLConnection openConnection(URL url) {
                return new StubHttpURLConnection(url);
            }
        });
    }

    @Test
    public void testGetContentOk() throws MalformedURLException {
        WebClient client = new WebClient();
        String workingContent = client.getContent(new URL("http://localhost/"));
        assertEquals("It works", workingContent);
    }
}

/**
 * A stub class to stub the HttpUrl connection. We override the getInputStream method to return the "It works" string.
 */
public class StubHttpURLConnection extends HttpURLConnection {
    private boolean isInput = true;
    protected StubHttpURLConnection(URL url) {
        super(url);
    }

    @Override
    public InputStream getInputStream() throws IOException {
        if (!isInput) {
            throw new ProtocolException(
                "Cannot read from URLConnection if doInput=false (call setDoInput(true))");
        }
        final String data = "It works";
        ByteArrayInputStream is = new ByteArrayInputStream(data.getBytes());
        return is;
    }

    @Override
    public void connect() {}
    @Override
    public void disconnect() {}
    @Override
    public boolean usingProxy() { return false; }
}

由于测试逻辑仅用到了输入流，所以这里重写的是 getInputStream() 方法。

另外，如果测试逻辑涉及更多 HttpURLConnection 的其他接口，则需重写相应的接口方法补充测试桩代码。这也是该方法的实现难度最容易攀升的地方。

7.6 小结

案例一用到的 jetty 版本过于落后，案例二为了实现不集成 jetty 那样的容器又走入了另一个极端------拦截所有 URL。归根结底，是因为作者认为业界不看好 stub 模拟的未来，认为它仅仅是 过去测试理念尚未统一 下的产物------当时普遍以为测试应该是独立的，不应修改现有代码逻辑。

而新的 mock 模拟对象策略，不仅允许修改代码，甚至还鼓励这样做。mock 对象的引入不仅是一种单元测试策略，更是一种全新的编码范式。

后话

从本章梳理的几个典型案例不难发现，想要真正实现良好的模拟效果，开发者就必须熟悉 Web 容器的基本原理，网络编程 API 方面的知识也是多多益善------这往往是初级程序员和中高级开发者的一个重要分水岭。汝果欲学诗，工夫在诗外。 在软件测试领域，这句话的含金量相信还会随着内卷的加剧和测试重要性的回归而不断攀升。

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