【敏捷开发】测试驱动开发（TDD）

测试驱动开发（Test-Driven Development，简称TDD）是敏捷开发模式中的一项核心实践和技术，也是一种设计方法论。TDD有别于以往的“先编码，后测试”的开发模式，要求在设计与编码之前，先编写测试脚本或设计测试用例。

一、TDD概念

敏捷开发大师Kent Beck在1996年提出了极限编程（Extreme Programming，简称XP）。TDD是其四个核心实践之一。【注：参见【架构基础】简单设计原则】

TDD在敏捷开发模式中被称之为“测试优先的编程（test-first programming）”，而在IBM Ration统一过程（Rational Unified Process，RUP）中被称为“测试优先的设计（test-first design）”。所有这些，都在强调“测试先行”，使得开发人员对所做的设计或所写的代码有足够的信心，同时也有保障地进行设计或代码的快速重构，有利于快速迭代、持续交付。重构的前提就是测试就绪（testing is ready），在这样的前提下，重构的风险就很低，否则就会存在比较高的风险。

TDD具体实施过程，可以嵌入到两个层次，如下图所示：

1. 狭义TDD：在代码层次，在编码之前写测试脚本，可以称为单元测试驱动开发（Unit Test Driven Development，简称UTDD）。
2. 广义TDD：在业务层次，在需求分析时，就确定需求的验收标准，即验收测试驱动开发（Acceptance Test Driven Development，简称ATDD）。

 

二、UTDD

先来谈谈UTDD，基本流程如下图所示。

1. 红（RED）：在做某个新需求时，先不着急编写功能代码，而是把需求涉及的场景、约束等考虑清楚，先写好测试用例。然后执行单元测试代码，结果自然是不通过（失败）。
2. 绿（GREEN）：利用单元测试的失败反馈，查明功能代码未通过测试用例的原因，针对性地添加或修改代码，直到测试用例通过。
3. 重构（REFACTOR）：在所有单元测试用例执行成功的基本前提下，识别代码或设计上的坏味道，进行重构。通过现有的单元测试用例，来保证重构的正确性。

 

UTDD的三条规则

1. 规则1 除非是为了使得一条失败的unit test通过，否则不允许编写任何功能代码。

违反第1条，先编写了功能代码，那这段代码是为了实现什么需求呢？怎么确保它真的实现了呢？

1. 规则2 在一个单元测试中，只允许编写恰好能够导致失败的测试代码。

违反第2条，写了多个失败的测试用例，如果长时间不能通过测试，会增加开发者的压力。另外，测试可能会被重构，这时会增加测试的修改成本。

1. 规则3 只允许编写恰好能够使一条失败的unit test通过的功能代码。

违反第3条，功能代码实现了超出当前测试的功能，那么这部分代码就缺少测试的防护，不确定是否正确，需要额外增加手工测试。可能这是不存在的需求，那就凭空增加了代码的复杂性。如果是现实存在的需求，那后面的测试用例写出来就会直接通过，破坏了UTDD的节奏感。

UTDD从根本上改变了开发人员（Developer，简称DEV）的思维方式，DEV不能再像过去那样随意地写代码，要求所写的每行代码都是有效的代码，写完所有的代码就意味着真正完成了开发任务。而在此之前，所谓的代码写完了，实际上只是完成了一半的工作，因为单元测试还未执行，可能会存在许多缺陷。

UTDD有力地促进DEV去思考需求的应用场景、异常处理或约束，写出更加完善的功能代码。其次，UTDD确保了测试的独立性。如果先写功能代码，再进行测试，容易受到实现思维的影响。多数情况下，DEV自测时存在两大障碍：思维障碍和心理障碍，前者会导致DEV无法保证测试的客观性和全面性；后者会导致DEV对自己的代码不愿深究，即使发现了一些疑问，也很可能会适可而止。

最后，UTDD确保了所有功能代码的可测试性，彻底地保证了代码的微观质量，最终实现了可测试的系统。

三、ATDD

通常，在一个大型项目中，推行UTDD比较困难，而在业务层面推行ATDD，即在设计与开发之前，明确需求特性的验收标准，则相对比较容易推广实施。

在敏捷开发模式中，由需求拆分出来的用户故事（User Story，简称US），一般描述简单，不具备可测试性。

举个例子

开发一个在线旅游APP，提供交通、酒店、景点门票等预订服务，有一个最基本的US：作为一名旅游用户，想通过一次操作，快速删除事先预订的订单包（含机票、酒店和门票）。

对于这种US，如果不附加验收标准，DEV实现起来很容易：在数据库的某个表中删除一条记录，在其他关联表上修改相应的标志位即可。但实际业务不会如此简单，订单说取消就取消？不需要有一个取消的时间提前量？取消一定成功吗？是否要收取手续费？是否需要线下处理时间？是否需要通知用户？采用何种方式通知用户取消成功或失败？

回答上述问题，就需要增加“验收标准”，如：

1. 订单取消之前，需要提醒用户再次确认
2. 提示用户需要提前24个小时取消
3. 订单取消需要4个小时处理时间，才能确定取消成功与否
4. 订单取消需要收取总金额10%的手续费
5. 不管取消成功与否，采用邮件和短信双重通知
6. 用户事后可以查询订单取消的记录
7. 需要保留客户和APP双向操作记录日志

如此，US就具备了可测试性，DEV也更明白如何去实现，实现的结果和产品经理的期望更容易达成一致。

从ATDD演化出一种可具体落地的开发模式就是行为驱动开发（Behavior Driven Development，简称BDD）。BDD最初是由Dan North在2003年命名，它包括验收测试、客户测试驱动等XP实践。作为对TDD的回应，主要是从用户的需求出发，强调系统行为。BDD将验收标准进一步明确化，可看作是ATDD的实例化，即列出US涉及的应用场景并表达为Given-When-Then范式：

1. Given：给定什么上下文/条件 AND/OR 其他条件
2. When：当什么事件被触发
3. Then：产生什么结果 AND/OR 其他结果

BDD再往前推进一步，就是需求实例化（Requirements By Example，简称RBE），更加明确需求的具体表现。需求描述越明确，需求干系人（用户、产品经理、DEV与TSE等）之间的理解就越趋近一致，不容易产生偏差或误解，有利于开发和测试的工作。基于RBE，DEV编写需求的功能代码，TSE可以独立编写测试代码，产品经理的工作也会变得轻松，不需要太多的解释，不需要回答开发与测试的各种问题。

1. 从需求角度看，BDD和需求实例化比较彻底地明确需求，统一用户、产品经理、DEV与TSE等人员的认知，让大家在同一个层面上沟通，使得研发工作更高效。
2. 从测试角度看，需求即测试，产品的需求就是测试的需求，需求可以被执行，即一步到位，将需求变为自动化测试脚本，开发出来的功能特性随时可以被验证。

TDD一改以往的破坏性测试的思维方式，提倡“测试先行”，更符合“缺陷预防”的思想。这样一来，开发的思维方式发生了很大的变化，编写出高质量的功能代码去通过这些测试，在进行每一项设计、编写每一行代码时，都要想想用户的真实需求、应用场景和一些例外情况等，确保实现的功能特性符合预期，并具有健壮性。测试也从以前的破坏性的方法，转移到一种建设性的方法中来。在这种积极心态的影响下，DEV的工作效率和产品代码的质量都会显著地提高，真正实现“质量是内建的（Quality is built in）”的目标。

四、TDD的价值

TDD从业务层次（需求分析、软件设计），促进做正确的事，即设计出符合用户需求包括功能需求与非功能需求的软件特性。

TDD从代码层次（软件开发、软件测试），促进正确地做事，即开发出与设计完全一致的软件功能。

TDD充分体现了“测试先行，小步迭代，快速反馈”的敏捷思想，从微观代码到宏观系统，均践行着“要想跑得快，先要跑得稳”的目标。