Go 单元测试完全指南（一）- 基本测试流程

为什么写单元测试？

关于测试，有一张很经典的图，如下：

在这里插入图片描述

说明：

测试类型成本速度频率
E2E 测试高慢低
集成测试中中中
单元测试低快高

也就是说，单元测试是最快、最便宜的测试方式。这不难理解，单元测试往往用来验证代码的最小单元，比如一个函数、一个方法，这样的测试我们一个命令就能跑完整个项目的单元测试，而且速度还很快，所以单元测试是我们最常用的测试方式。
而 E2E 测试和集成测试，往往需要启动整个项目，然后需要真实用户进行手动操作，这样的测试成本高，速度慢，所以我们往往不会频繁地运行这样的测试。只有在项目的最后阶段，我们才会运行这样的测试。而单元测试，我们可以在开发的过程中，随时随地地运行，这样我们就能及时发现问题，及时解决问题。

一个基本的 Go 单元测试

Go 从一开始就支持单元测试，Go 的测试代码和普通代码一般是放在同一个包下的，只是测试代码的文件名是 _test.go 结尾的。比如我们有一个 add.go 文件，那么我们的测试文件就是 add_test.go：

// add.go
package main

func Add(a int, b int) int {
	return a + b
}

// add_test.go
package main

import "testing"

func TestAdd(t *testing.T) {
	if Add(1, 2) != 3 {
		t.Error("1 + 2 did not equal 3")
	}
}

我们可以通过 go test 命令来运行测试：

go test

输出：

PASS
ok      go-test 0.004s

注意：

  1. 测试函数的命名必须以 Test 开头，后面的名字必须以大写字母开头，比如 TestAdd。
  2. 测试函数的参数是 *testing.T 类型。
  3. go test 加上 -v 参数可以输出详细的测试信息，加上 -cover 参数可以输出测试覆盖率。

go test 命令的参数详解

基本参数

  • -v：输出详细的测试信息。比如输出每个测试用例的名称。
  • -run regexp：只运行匹配正则表达式的测试用例。如 -run TestAdd。
  • -bench regexp：运行匹配正则表达式的基准测试用例。
  • -benchtime t：设置基准测试的时间，默认是 1s，也就是让基准测试运行 1s。也可以指定基准测试的执行次数，格式如 -benchtime 100x，表示基准测试执行 100 次。
  • -count n：运行每个测试函数的次数，默认是 1 次。如果指定了 -cpu 参数，那么每个测试函数会运行 n * GOMAXPROCS 次。但是示例测试只会运行一次，该参数对模糊测试无效。
  • -cover：输出测试覆盖率。
  • -covermode set,count,atomic：设置测试覆盖率的模式。默认是 set，也就是记录哪些语句被执行过。
  • -coverpkg pkg1,pkg2,pkg3：用于指定哪些包应该生成覆盖率信息。这个参数允许你指定一个或多个包的模式，以便在运行测试时生成这些包的覆盖率信息。
  • -cpu 1,2,4：设置并行测试的 CPU 数量。默认是 GOMAXPROCS。这个参数对模糊测试无效。
  • -failfast：一旦某个测试函数失败，就停止运行其他的测试函数了。默认情况下，一个测试函数失败了，其他的测试函数还会继续运行。
  • -fullpath：测试失败的时候，输出完整的文件路径。
  • -fuzz regexp：运行模糊测试。
  • -fuzztime t：设置模糊测试的时间，默认是 1s。又或者我们可以指定模糊测试的执行次数，格式如 -fuzztime 100x，表示模糊测试执行 100 次。
  • -fuzzminimizetime t：设置模糊测试的最小化时间，默认是 1s。又或者我们可以指定模糊测试的最小化执行次数，格式如 -fuzzminimizetime 100x，表示模糊测试最小化执行 100 次。在模糊测试中，当发现一个失败的案例后，系统会尝试最小化这个失败案例，以找到导致失败的最小输入。
  • -json：以 json 格式输出
  • -list regexp：列出所有匹配正则表达式的测试用例名称。
  • -parallel n：设置并行测试的数量。默认是 GOMAXPROCS。
  • -run regexp：只运行匹配正则表达式的测试用例。
  • -short：缩短长时间运行的测试的测试时间。默认关闭。
  • -shuffle off,on,N：打乱测试用例的执行顺序。默认是 off，也就是不打乱，这会由上到下执行测试函数。
  • -skip regexp：跳过匹配正则表达式的测试用例。
  • -timeout t：设置测试的超时时间，默认是 10m，也就是 10 分钟。如果测试函数在超时时间内没有执行完，那么测试会 panic。
  • -vet list：设置 go vet 的检查列表。默认是 all，也就是检查所有的。

性能相关

  • -benchmem：输出基准测试的内存分配情况（也就是 go test -bench . 的时候可以显示每次基准测试分配的内存）。
  • -blockprofile block.out：输出阻塞事件的分析数据。
  • -blockprofilerate n：设置阻塞事件的采样频率。默认是 1（单位纳秒）。如果没有设置采样频率，那么就会记录所有的阻塞事件。
  • -coverprofile coverage.out：输出测试覆盖率到文件 coverage.out。
  • -cpuprofile cpu.out：输出 CPU 性能分析信息到文件 cpu.out。
  • -memprofile mem.out：输出内存分析信息到文件 mem.out。
  • -memprofilerate n：设置内存分析的采样频率。
  • -mutexprofile mutex.out：输出互斥锁事件的分析数据。
  • -mutexprofilefraction n：设置互斥锁事件的采样频率。
  • -outputdir directory：设置输出文件的目录。
  • -trace trace.out：输出跟踪信息到文件 trace.out。

子测试

使用场景：当我们有多个测试用例的时候，我们可以使用子测试来组织测试代码，使得测试代码更具组织性和可读性。

package main

import (
	"testing"
)

func TestAdd2(t *testing.T) {
	cases := []struct {
		name      string
		a, b, sum int
	}{
		{"case1", 1, 2, 3},
		{"case2", 2, 3, 5},
		{"case3", 3, 4, 7},
	}

	for _, c := range cases {
		t.Run(c.name, func(t *testing.T) {
			sum := Add(c.a, c.b)
			if sum != c.sum {
				t.Errorf("Sum was incorrect, got: %d, want: %d.", sum, c.sum)
			}
		})
	}
}

输出：

➜  go-test go test   
--- FAIL: TestAdd2 (0.00s)
    --- FAIL: TestAdd2/case1 (0.00s)
        add_test.go:21: Sum was incorrect, got: 4, want: 3.
    --- FAIL: TestAdd2/case2 (0.00s)
        add_test.go:21: Sum was incorrect, got: 6, want: 5.
    --- FAIL: TestAdd2/case3 (0.00s)
        add_test.go:21: Sum was incorrect, got: 8, want: 7.
FAIL
exit status 1
FAIL    go-test 0.004s

我们可以看到，上面的输出中，失败的单元测试带有每个子测试的名称，这样我们就能很方便地知道是哪个测试用例失败了。

setup 和 teardown

在一般的单元测试框架中，都会提供 setup 和 teardown 的功能，setup 用来初始化测试环境，teardown 用来清理测试环境。

方法一：通过 Go 的 TestMain 方法

很遗憾的是，Go 的测试框架并没有直接提供这样的功能，但是我们可以通过 Go 的特性来实现这样的功能。

在 Go 的测试文件中，如果有 TestMain 函数，那么执行 go test 的时候会执行这个函数，而不会执行其他测试函数了，其他的测试函数需要通过 m.Run 来执行，如下面这样：

package main

import (
	"fmt"
	"os"
	"testing"
)

func setup() {
	fmt.Println("setup")
}

func teardown() {
	fmt.Println("teardown")
}

func TestAdd(t *testing.T) {
	if Add(1, 2) != 3 {
		t.Error("1 + 2 != 3")
	}
}

func TestMain(m *testing.M) {
	setup()
	code := m.Run()
	teardown()
	os.Exit(code)
}

在这个例子中，我们在 TestMain 函数中调用了 setup 和 teardown 函数，这样我们就实现了 setup 和 teardown 的功能。

方法二：使用 testify 框架

我们也可以使用 Go 中的第三方测试框架 testify 来实现 setup 和 teardown 的功能（使用 testify 中的 suite 功能）。

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/stretchr/testify/suite"
	"testing"
)

type AddSuite struct {
	suite.Suite
}

func (suite *AddSuite) SetupTest() {
	fmt.Println("Before test")
}

func (suite *AddSuite) TearDownTest() {
	fmt.Println("After test")
}

func (suite *AddSuite) TestAdd() {
	suite.Equal(Add(1, 2), 3)
}

func TestAddSuite(t *testing.T) {
	suite.Run(t, new(AddSuite))
}

go test 输出：

➜  go-test go test
Before test
After test
--- FAIL: TestAddSuite (0.00s)
    --- FAIL: TestAddSuite/TestAdd (0.00s)
        add_test.go:22: 
                Error Trace:    /Users/ruby/GolandProjects/go-test/add_test.go:22
                Error:          Not equal: 
                                expected: 4
                                actual  : 3
                Test:           TestAddSuite/TestAdd
FAIL
exit status 1
FAIL    go-test 0.006s

我们可以看到，这里也同样执行了 SetupTest 和 TearDownTest 函数。

testing.T 可用的方法

最后，我们可以直接从 testing.T 提供的 API 来学习如何编写测试代码。

基本日志输出

  • t.Log(args ...any)：打印信息，不会标记测试函数为失败。
  • t.Logf(format string, args ...any)：打印格式化的信息，不会标记测试函数为失败。

可能有读者会有疑问，输出不用 fmt 而用 t.Log，这是因为：

  • t.Log 和 t.Logf 打印的信息默认不会显示，只有在测试函数失败的时候才会显示。又或者我们使用 -v 参数的时候才显示，这让我们的测试输出更加清晰，只有必要的时候日志才会显示。
  • t.Log 和 t.Logf 打印的时候，还会显示是哪一行代码打印的信息，这样我们就能很方便地定位问题。
  • fmt.Println 打印的信息一定会显示在控制台上，就算我们的测试函数通过了，也会显示，这样会让控制台的输出很乱。

例子：

// add.go
package main

func Add(a int, b int) int {
	return a + b
}

// add_test.go
package main

import (
	"testing"
)

func TestAdd(t *testing.T) {
	t.Log("TestAdd is running")
	if Add(1, 2) != 3 {
		t.Error("Expected 3")
	}
}

输出：

➜  go-test go test
PASS
ok      go-test 0.004s

我们修改一下 Add 函数，让测试失败，再次运行，输出如下：

➜  go-test go test
--- FAIL: TestAdd (0.00s)
    add_test.go:8: TestAdd is running
    add_test.go:10: Expected 3
FAIL
exit status 1
FAIL    go-test 0.004s

我们可以发现，在测试成功的时候，t.Log 打印的日志并没有显示，只有在测试失败的时候才会显示。

如果我们想要在测试成功的时候也显示日志，可以使用 -v 参数：go test -v。

标记测试函数为失败

  • t.Fail()：标记测试函数为失败，但是测试函数后续代码会继续执行。（让你在测试函数中标记失败情况，并收集所有失败的情况，而不是在遇到第一个失败时就立即停止测试函数的执行。）
  • t.FailNow()：标记测试函数为失败，并立即返回，后续代码不会执行（通过调用 runtime.Goexit，但是 defer 语句还是会被执行）。
  • t.Failed()：返回测试函数是否失败。
  • t.Fatal(args ...any)：标记测试函数为失败，并输出信息，然后立即返回。等价于 t.Log + t.FailNow。
  • t.Fatalf(format string, args ...any)：标记测试函数为失败，并输出格式化的信息，然后立即返回。等价于 t.Logf + t.FailNow。

如：

package main

import (
	"testing"
)

func TestAdd(t *testing.T) {
	if Add(1, 2) != 3 {
		t.Fatal("Expected 3")
	}

	if Add(2, 3) != 5 {
		t.Fatal("Expected 4")
	}
}

这里只会输出第一个失败的测试用例，因为 t.Fatal 会立即返回。

标记测试函数为失败并输出信息

  • t.Error(args ...any)：标记测试函数为失败，并打印错误信息。等价于 t.Log + t.Fail。
  • t.Errorf(format string, args ...any)：标记测试函数为失败，并打印格式化的错误信息。等价于 t.Logf + t.Fail。

这两个方法会让测试函数立即返回，不会继续执行后面的代码。

测试超时控制

  • t.Deadline()：返回测试函数的截止时间（这是通过 go test -timeout 60s 这种形式指定的超时时间）。

注意：如果我们通过 -timeout 指定了超时时间，当测试函数超时的时候，测试会 panic。

跳过测试函数中后续代码

作用：可以帮助测试代码在特定条件下灵活地跳过测试，避免不必要的测试执行，同时提供清晰的信息说明为什么跳过测试。

  • t.Skip(args ...any)：跳过测试函数中后续代码，标记测试函数为跳过。等同于 t.Log + t.SkipNow。
  • t.Skipf(format string, args ...any)：跳过测试函数中后续代码，并打印格式化的跳过信息。等同于 t.Logf + t.SkipNow。
  • t.SkipNow()：跳过测试函数中后续代码，标记测试函数为跳过。这个方法不会输出内容，前面两个会输出一些信息
  • t.Skipped()：返回测试函数是否被跳过。

测试清理函数

  • t.Cleanup(f func())：注册一个函数，这个函数会在测试函数结束后执行。这个函数会在测试函数结束后执行，不管测试函数是否失败，都会执行。（可以注册多个，执行顺序类似 defer，后注册的先执行）
package main

import (
	"fmt"
	"testing"
)

func TestAdd(t *testing.T) {
	t.Cleanup(func() {
		fmt.Println("cleanup 0")
	})
	t.Cleanup(func() {
		fmt.Println("cleanup 1")
	})
}

输出：

➜  go-test go test
cleanup 1
cleanup 0
PASS
ok      go-test 0.004s

使用临时文件夹

  • t.TempDir()：返回一个临时文件夹，这个文件夹会在测试函数结束后被删除。可以调用多次，每次都是不同的文件夹。
package main

import (
	"fmt"
	"testing"
)

func TestAdd(t *testing.T) {
	fmt.Println(t.TempDir())
	fmt.Println(t.TempDir())
}

输出：

➜  go-test go test
/var/folders/dm/r_hly4w5557b000jh31_43gh0000gp/T/TestAdd4259799402/001
/var/folders/dm/r_hly4w5557b000jh31_43gh0000gp/T/TestAdd4259799402/002
PASS
ok      go-test 0.004s

临时的环境变量

  • t.Setenv(key, value string)：设置一个临时的环境变量，这个环境变量会在测试函数结束后被还原。

在单元测试中，使用 Setenv 函数可以模拟不同的环境变量设置，从而测试代码在不同环境下的行为。例如，你可以在测试中设置特定的环境变量值，然后运行被测试的代码，以验证代码在这些环境变量设置下的正确性。

子测试

可以将一个大的测试函数拆分成多个子测试，使得测试代码更具组织性和可读性。

  • t.Run(name string, f func(t *testing.T))：创建一个子测试，这个子测试会在父测试中执行。子测试可以有自己的测试函数，也可以有自己的子测试。

获取当前测试的名称

  • t.Name()：返回当前测试的名称（也就是测试函数名）。

t.Helper()

  • t.Helper()：标记当前测试函数是一个辅助函数，这样会让测试输出更加清晰，只有真正的测试函数会被标记为失败。

例子：

// add.go
package main

func Add(a int, b int) int {
	return a + b + 1
}

// add_test.go
package main

import (
	"testing"
)

func test(a, b, sum int, t *testing.T) {
	result := Add(a, b)
	if result != sum {
		t.Errorf("Add(%d, %d) = %d; want %d", a, b, result, sum)
	}
}

func TestAdd(t *testing.T) {
	test(1, 2, 3, t)
	test(2, 3, 5, t)
}

输出如下：

➜  go-test go test -v
=== RUN   TestAdd
    add_test.go:10: Add(1, 2) = 4; want 3
    add_test.go:10: Add(2, 3) = 6; want 5
--- FAIL: TestAdd (0.00s)
FAIL
exit status 1
FAIL    go-test 0.004s

我们可以看到，两个测试失败输出的报错行都是 test 函数里面的 t.Errorf，而不是 test 函数的调用者 TestAdd，也就是说，在这种情况下我们不好知道是 test(1, 2, 3, t) 还是 test(2, 3, 5, t) 失败了（当然我们这里还是挺明显的，只是举个例子），这时我们可以使用 t.Helper()：

func test(a, b, sum int, t *testing.T) {
    t.Helper() // 在助手函数中加上这一行
	result := Add(a, b)
	if result != sum {
		t.Errorf("Add(%d, %d) = %d; want %d", a, b, result, sum)
	}
}

输出如下：

➜  go-test go test -v
=== RUN   TestAdd
    add_test.go:16: Add(1, 2) = 4; want 3
    add_test.go:17: Add(2, 3) = 6; want 5
--- FAIL: TestAdd (0.00s)
FAIL
exit status 1
FAIL    go-test 0.004s

这个时候，我们就很容易知道是哪一个测试用例失败了，这对于我们需要封装 helper 函数的时候很有用。

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