Инженерная практика: Разработка через тестирование (TDD, Test-Driven Development)

TDD — техника разработки программного обеспечения, которая основывается на повторении очень коротких циклов разработки: сначала пишется тест, покрывающий желаемое изменение, затем пишется код, который позволит пройти тест, и под конец проводится рефакторинг нового кода к соответствующим стандартам. Тест — это процедура, которая позволяет либо подтвердить, либо опровергнуть работоспособность кода.

Добавление теста

При разработке через тестирование, добавление каждой новой функциональности (feature) в программу начинается с написания теста. Неизбежно этот тест не будет проходить, поскольку соответствующий код ещё не написан. (Если же написанный тест прошёл, это означает, что либо предложенная «новая» функциональность уже существует, либо тест имеет недостатки.) Чтобы написать тест, разработчик должен чётко понимать предъявляемые к новой возможности требования. Для этого рассматриваются возможные сценарии использования и пользовательские истории. Новые требования могут также повлечь изменение существующих тестов. Это отличает разработку через тестирование от техник, когда тесты пишутся после того, как код уже написан: она заставляет разработчика сфокусироваться на требованиях до написания кода — тонкое, но важное отличие.

Запуск всех тестов: убедиться, что новые тесты не проходят

На этом этапе проверяют, что только что написанные тесты не проходят. Этот этап также проверяет сами тесты: написанный тест может проходить всегда и соответственно быть бесполезным. Новые тесты должны не проходить по объяснимым причинам. Это увеличит уверенность (хотя не будет гарантировать полностью), что тест действительно тестирует то, для чего он был разработан.

Написать код

На этом этапе пишется новый код так, что тест будет проходить. Этот код не обязательно должен быть идеален. Допустимо, чтобы он проходил тест каким-то неэлегантным способом. Это приемлемо, поскольку последующие этапы улучшат и отполируют его. Важно писать код, предназначенный именно для прохождения теста. Не следует добавлять лишней и, соответственно, не тестируемой функциональности.

Запуск всех тестов: убедиться, что все тесты проходят

Если все тесты проходят, программист может быть уверен, что код удовлетворяет всем тестируемым требованиям. После этого можно приступить к заключительному этапу цикла.

Рефакторинг

Когда достигнута требуемая функциональность, на этом этапе код может быть почищен. Рефакторинг — процесс изменения внутренней структуры программы, не затрагивающий её внешнего поведения и имеющий целью облегчить понимание её работы, устранить дублирование кода, облегчить внесение изменений в ближайшем будущем.

Повторить цикл

Описанный цикл повторяется, реализуя всё новую и новую функциональность. Шаги следует делать небольшими, от 1 до 10 изменений между запусками тестов. Если новый код не удовлетворяет новым тестам или старые тесты перестают проходить, программист должен вернуться к отладке.

Преимущества

  • Исследование 2005 года показало, что использование разработки через тестирование предполагает написание большего количества тестов, в свою очередь, программисты, пишущие больше тестов, склонны быть более продуктивными.
  • Несмотря на то, что при разработке через тестирование требуется написать большее количество кода, общее время, затраченное на разработку, обычно оказывается меньше. Тесты защищают от ошибок. Поэтому время, затрачиваемое на отладку, снижается многократно. Большое количество тестов помогает уменьшить количество ошибок в коде. Устранение дефектов на более раннем этапе разработки, препятствует появлению критических и дорогостоящих ошибок, приводящих к длительной и утомительной отладке в дальнейшем.
  • Тесты позволяют производить рефакторинг кода без риска его испортить. При внесении изменений в хорошо протестированный код риск появления новых ошибок значительно ниже. Если новая функциональность приводит к ошибкам, тесты, если они, конечно, есть, сразу же это покажут. При работе с кодом, на который нет тестов, ошибку можно обнаружить спустя значительное время, когда с кодом работать будет намного сложнее. Хорошо протестированный код легко переносит рефакторинг.
  • Разработка через тестирование способствует более модульному, гибкому и расширяемому коду. Это связано с тем, что при этой методологии разработчику необходимо думать о программе как о множестве небольших модулей, которые написаны и протестированы независимо и лишь потом соединены вместе. Это приводит к меньшим, более специализированным классам, уменьшению связанности и более чистым интерфейсам.
  • Тесты могут использоваться в качестве документации. Хороший код расскажет о том, как он работает, лучше любой документации. Документация и комментарии в коде могут устаревать. Это может сбивать с толку разработчиков, изучающих код. А так как документация, в отличие от тестов, не может сказать, что она устарела, такие ситуации, когда документация не соответствует действительности — не редкость.

Недостатки

  • Существуют задачи, которые невозможно (по крайней мере, на текущий момент) решить только при помощи тестов. В частности, TDD не позволяет механически продемонстрировать адекватность разработанного кода в области безопасности данных и взаимодействия между процессами. Безусловно, безопасность основана на коде, в котором не должно быть дефектов, однако она основана также на участии человека в процедурах защиты данных.
  • Разработку через тестирование сложно применять в тех случаях, когда для тестирования необходимо прохождение функциональных тестов. Примерами может быть: разработка интерфейсов пользователя, программ, работающих с базами данных, а также того, что зависит от специфической конфигурации сети. Разработка через тестирование не предполагает большого объёма работы по тестированию такого рода вещей. Она сосредотачивается на тестировании отдельно взятых модулей, используя mock-объекты для представления внешнего мира.
  • Требуется больше времени на разработку и поддержку, а одобрение со стороны руководства очень важно. Если у организации нет уверенности в том, что разработка через тестирование улучшит качество продукта, то время, потраченное на написание тестов, может рассматриваться как потраченное впустую.
  • Модульные тесты, создаваемые при разработке через тестирование, обычно пишутся теми же, кто пишет тестируемый код. Если разработчик неправильно истолковал требования к приложению, и тест, и тестируемый модуль будут содержать ошибку.
  • Большое количество используемых тестов могут создать ложное ощущение надежности, приводящее к меньшему количеству действий по контролю качества.
  • Тесты сами по себе являются источником накладных расходов. Плохо написанные тесты, например, содержат жёстко вшитые строки с сообщениями об ошибках или подвержены ошибкам, дороги при поддержке. Чтобы упростить поддержку тестов следует повторно использовать сообщения об ошибках из тестируемого кода.
  • Уровень покрытия тестами, получаемый в результате разработки через тестирование, не может быть легко воспроизведен впоследствии. Если неудачные архитектура, дизайн или стратегия тестирования приводят к большому количеству непройденных тестов, важно их все исправить в индивидуальном порядке. Простое удаление, отключение или поспешное изменение их может привести к необнаруживаемым пробелам в покрытии тестами.