我的TDD实践：可测试性驱动开发（下）

2009-10-19 08:48 Jeffrey Zhao 阅读(19743) 评论(58) 编辑收藏举报

在上一篇文章里，我谈到自己在采用传统TDD方式进行开发时感到有些尴尬，最后不得不放弃这种先写测试再写代码最后重构的方式。不过我还是非常注重单元测试的实践，慢慢发现自己的做法开始转向另一种TDD方式，也就是“可测试性驱动开发”。简单的说，我现在采取的做法是，先开发，再测试，一旦发现产品代码不太容易测试，则将其重构为容易测试的代码。我发现，这种时刻注重可测试性的开发方式，其最终也能够得到质量较高的代码。例如，它和SOLID原则也颇为融洽。上次谈的比较理论，而这次我便通过一个简单功能的开发过程，来表现我的思维方式及常用做法。

任务描述

这个功能是开发ASP.NET MVC项目时的常见任务：构建一个Model Binder。ASP.NET MVC中Model Binder的职责是根据请求的数据来生成Action方法的参数（即构建一个对象）。那么这次，我们将为负责产品搜索的Action方法提供一个SearchCriteria参数作为查询条件：

public class SearchCriteria
{
    public PriceRange Price;
    public string Keywords { get; set; }
    public Color Colors { get; set; }
}

[Flags]
public enum Color
{ 
    Red = 1,
    Black = 1 << 1,
    White = 1 << 2
}

public class PriceRange
{
    public float Min { get; set; }
    public float Max { get; set; }
}

SearchCriteria中包含三个条件，一是复杂类型的Price条件，二是字符串类型的Keywords条件，三是一个Color枚举类型。作为查询条件，它总是需要在URL中表示出来的，而表现方式则是最近在《趣味编程：从字符串中提取信息》中定义的做法。例如，如果是这样的URL：

/keywords-hello%20world--price-100-200--color-black-red

它表示的便是这样的条件：

价格为100到200之间
关键字为“hello world”（注意URL转义）
颜色为黑或红（使用Color.Black | Color.White表示）

而最终，我要使用“可测试性驱动开发”来实现的便是这个方法：

public class SearchCriteriaBinder : IModelBinder
{
    public object BindModel(ControllerContext controllerContext, ModelBindingContext bindingContext)
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
}

那么，我又会怎么做呢？

实现步骤

其实这也是个比较简单的功能，于是我一开始便用最直接的方式进行开发：

public class SearchCriteriaBinder : IModelBinder
{
    public object BindModel(ControllerContext controllerContext, ModelBindingContext bindingContext)
    {
        var modelName = bindingContext.ModelName;
        var rawValue = bindingContext.ValueProvider[modelName].RawValue;

        var text = HttpUtility.UrlDecode(rawValue.ToString());
        var tokenGroups = this.Tokenize(text);
        ...
    }

    private List<string[]> Tokenize(string text)
    {
        ...
    }
}

这个Model Binder会从Value Provider中得到Model Name（一般Action参数的名称，在这里不是重点）所对应的rawValue，经过了URL Decode之后便得到了text，它是一个带有信息的字符串，也便是《趣味编程》所要解析的对象。如上面的例子，text便是：

keywords-hello world--price-10-20--color-black-red

请注意，原本在URL中表示为%20的字符，已经被URL Decode为一个空格。在得到text之后，我便要将其拆分为一个List<string[]>对象，这便是分割好的结果。拆分字符串的逻辑比较复杂，因此我将其提取到一个独立的Tokenize方法中去。于是我接下来就开始实现Tokenize方法了，写啊写，写完了。但是，我到底写的正不正确？我不知道。我唯一知道的东西是，这个逻辑不简单，我需要测试一下才放心。因此，在继续其他工作之前，我想要为它写一些单元测试。

这就是涉及到一个问题，我们该如何为一个私有方法作单元测试呢？我以前也想在博客上讨论这个问题，但是最终不知为何没有进行。我的看法是，如果设计得当，每个类的职责单一，应该不会出现需要进行单元测试的私有方法。如果一个私有方法需要测试，那么说明它的逻辑相对较为复杂，而且有独立的职责，应该将其提取到外部的类型中。例如在这里，Tokenize方法便值得我这样么做——因为我想要单元测试。于是我提取出一个Tokenizer抽象，以及一个默认的逻辑实现：

internal interface ITokenizer
{
    List<string[]> Tokenize(string text);
}

internal class Tokenizer : ITokenizer
{
    public List<string[]> Tokenize(string text)
    {
        ...
    }
}

我现在便可以对Tokenizer进行充分的单元测试，以确保它的功能满足我的要求。测试完成后，我就对它完全放心了。而此时，我的SearchCriteriaBinder便会直接使用Tokenizer对象，而不是内部的私有方法——当然，是基于抽象来的：

public class SearchCriteriaBinder : IModelBinder
{
    public SearchCriteriaBinder()
        : this(new Tokenizer()) { }

    internal SearchCriteriaBinder(ITokenizer tokenizer)
    {
        this.m_tokenizer = tokenizer;
    }

    private readonly ITokenizer m_tokenizer;

    public object BindModel(ControllerContext controllerContext, ModelBindingContext bindingContext)
    {
        var modelName = bindingContext.ModelName;
        var rawValue = bindingContext.ValueProvider[modelName].RawValue;

        var text = HttpUtility.UrlDecode(rawValue.ToString());
        var tokenGroups = this.m_tokenizer.Tokenize(text);
        ...
    }
}

原本由私有的Tokenize方法负责的逻辑，现在已经委托给ITokenzier对象了，而这个对象可以在构造SearchCriteriaBinder对象时通过构造函数提供。请注意，提供ITokenizer对象的构造函数访问级别是internal，也就是说，它可以被单元测试代码所访问（通过InternalVisibleToAttribute），但是无法被另一个程序集的使用方调用。也就是说，经过重构的SearchCriteriaBinder，它的可测试性提了，但是对外的表现却没有丝毫变化。

经过简单思考，便可以发现这一简单的改变其实也较为满足SOLID原则中的一部分：

单一职责：SearchCriteriaBinder职责很单一，解析工作交由同样职责单一的Tokenizer进行。
依赖注入：这里使用了构造函数注入的方式，SearchCriteriaBinder对Tokenizer的依赖不是写死在代码里的。
接口分离：SearchCriteriaBinder并不直接访问Tokenizer，而是通过一个抽象（ITokenizer）使用的。

这便是我常用的“可测试性驱动开发”，我一开始只是按照惯例直接实现BindModel方法，然后发现一个需要测试的私有方法，因此为了提高可测试性，我将部分功能提取到独立的Tokenizer对象中去。在实际开发过程中，我也可能是直接在脑子里进行简单的分析，然后直接发现我们的确需要一个Tokenizer方法（这点想象应该不难），于是直接实现ITokenzier接口，Tokenizer类以及单元测试。这样，可能SearchCriteriaBinder从一开始就会变成目前的样子。不过更多的情况，的确是写着写着，为了“可测试性”而进行的重构。为了说明这个“思路”，我接下来还是使用“编写代码——尝试测试而不能——重构”的方式来进行开发。

好，我已经拆分成功了，也就是得到了一个List<string[]>对象。接下来，我要读取其中的数据，将其转化为一个SearchCriteria对象：

public object BindModel(ControllerContext controllerContext, ModelBindingContext bindingContext)
{
    ...
    var tokenGroups = this.m_tokenizer.Tokenize(text);

    return this.Build(tokenGroups);
}

private SearchCriteria Build(List<string[]> tokenGroups)
{
    var fieldTokens = tokenGroups.ToDictionary(
        g => g[0].ToLowerInvariant(),
        g => g.Skip(1).ToList());

    var searchCriteria = new SearchCriteria();

    List<string> values;
    if (fieldTokens.TryGetValue("keywords", out values))
    {
        searchCriteria.Keywords = values[0];
    }

    if (fieldTokens.TryGetValue("price", out values))
    {
        searchCriteria.Price = new PriceRange
        {
            Min = float.Parse(values[0]),
            Max = float.Parse(values[1])
        };
    }

    if (fieldTokens.TryGetValue("color", out values))
    {
        ...
    }

    return searchCriteria;
}

在BindModel方法中得到了tokenGroups之后，便交由Build方法进行SearchCriteria对象的构建。首先，我先将List<string[]>对象转化为“字段”和“值”的对应关系，这样我们便可以使用keywords、price等字符串获取数据（也就是一个List<string>对象），并生成SerachCriteria各属性所需要的值了。在这里，我们这一切都放在Build方法中的几个if里进行，但这很显然不是容易单元测试的方法。要知道，这里的代码看上去容易，但事实上每个if里的逻辑其实并不仅仅如此。例如，在输入不合法的情况下是容错，还是抛出异常？如果Min大于Max的情况下，是否直接将其交换再继续处理？因此，其实在每个if之中还会有if，还会有for等复杂的逻辑。对于这样的逻辑，我想要单元测试。

于是，我为List<string>到特定对象的转换操作也定义一个抽象：

public interface IConverter
{
    object Convert(List<string> values);
}

public class KeywordConverter : IConverter
{
    public object Convert(List<string> values)
    {
        return values[0];
    }
}

public class PriceRangeConverter : IConverter
{
    public object Convert(List<string> values)
    {
        return new PriceRange
        {
            Min = float.Parse(values[0]),
            Max = float.Parse(values[1])
        };
    }
}

public class ColorConverter : IConverter
{ 
    ...
}

在这里，我为每个字段定义了一种转化器（而在实际开发过程中，我们可能也会为“每种类型”定义一个）。每个转化器对象均可独立的进行单元测试，其中复杂的边界条件，错误判断等等都是测试的目标。待几种转换器测试完毕，我们便可以重构SerachCriteriaBinder的Build方法：

private SearchCriteria Build(List<string[]> tokenGroups)
{
    var fieldTokens = tokenGroups.ToDictionary(
        g => g[0].ToLowerInvariant(),
        g => g.Skip(1).ToList());

    var searchCriteria = new SearchCriteria();

    List<string> values;
    if (fieldTokens.TryGetValue("keywords", out values))
    {
        searchCriteria.Keywords = (string)this.GetConverter("keywords").Convert(values);
    }

    if (fieldTokens.TryGetValue("price", out values))
    {
        searchCriteria.Price = (PriceRange)this.GetConverter("price").Convert(values);
    }

    if (fieldTokens.TryGetValue("color", out values))
    {
        searchCriteria.Colors = (Color)this.GetConverter("color").Convert(values);
    }

    return searchCriteria;
}

private IConverter GetConverter(string field)
{
    // 使用if ... else或是字典
}

我又想测试GetConverter方法了，怎么办？那就还是把GetConverter这部分逻辑从外部注入吧——哎，难道还要我写一个IConverterFactory接口和ConverterFactory类吗？也不一定，我们还是用“轻量”些的方法吧：

public class SearchCriteriaBinder : IModelBinder
{
    ...

    public SearchCriteriaBinder()
        : this(new Tokenizer(), GetConverter) { }

    internal SearchCriteriaBinder(ITokenizer tokenizer, Func<string, IConverter> converterGetter)
    {
        this.m_tokenizer = tokenizer;
        this.m_getConverter = converterGetter;
    }

    private readonly ITokenizer m_tokenizer;
    private readonly Func<string, IConverter> m_getConverter;

    internal static IConverter GetConverter(string field)
    {
        // 使用if ... else或是字典
    }

    private SearchCriteria Build(List<string[]> tokenGroups)
    {
        ...

        if (fieldTokens.TryGetValue("keywords", out values))
        {
            searchCriteria.Keywords = (string)this.m_getConverter("keywords").Convert(values);
        }

        ...
    }
}

这一次，我使用了委托对象的方式注入一段逻辑，它其实也是我们可以使用的一种方式。这样，我们便可以为GetConverter方法作独立的单元测试了。不过，我这里使用委托也有点“展示”的意味在里面，在实际开发过程中，可能我还是会使用ConverterFactory，这对我来说更“正规”一些。这种“接口”与“实现”分离的做法，除了能够独立测试之外，还有一个目的就是为了在测试Build方法时不依赖GetConverter的实现，也意味着不依赖PriceRangeConverter，KeywordConverter的实现等等，因为我们在测试Build方法时，可以提供一个针对测试的GetConverter方法逻辑，返回一些IConverter的Mock或Stub对象。这样，Build方法也就非常独立，不依赖外部实现了。

没错，我们想要独立测试Build方法，但是现在SearchCriteriaBinder还不允许我们这么做。那么，继续重构吧：

internal interface ISearchCriteriaBuilder
{
    SearchCriteria Build(List<string[]> tokenGroups);
}

internal class SearchCriteriaBuilder : ISearchCriteriaBuilder
{
    internal SearchCriteriaBuilder() : this(GetConverter) { }

    internal SearchCriteriaBuilder(Func<string, IConverter> converterGetter)
    {
        this.m_getConverter = converterGetter;
    }

    internal static IConverter GetConverter(string field)
    {
        // 使用if ... else或是字典
    }

    private readonly Func<string, IConverter> m_getConverter;

    public SearchCriteria Build(List<string[]> tokenGroups)
    {
        ...
    }
}

把Build的逻辑独立提取成类之后，自然需要让SearchCriteriaBinder使用SearchCriteriaBuilder：

public class SearchCriteriaBinder : IModelBinder
{
    public SearchCriteriaBinder()
        : this(new Tokenizer(), new SearchCriteriaBuilder()) { }

    internal SearchCriteriaBinder(ITokenizer tokenizer, ISearchCriteriaBuilder builder)
    {
        this.m_tokenizer = tokenizer;
        this.m_builder = builder;
    }

    private readonly ITokenizer m_tokenizer;
    private readonly ISearchCriteriaBuilder m_builder;

    public object BindModel(ControllerContext controllerContext, ModelBindingContext bindingContext)
    {
        var modelName = bindingContext.ModelName;
        var rawValue = bindingContext.ValueProvider[modelName].RawValue;

        var text = HttpUtility.UrlDecode(rawValue.ToString());
        var tokenGroups = this.m_tokenizer.Tokenize(text);

        return this.m_builder.Build(tokenGroups);
    }
}

至此，我们的SearchCriteriaBinder便开发完成了。您可以访问http://gist.github.com/212644浏览最终的结果。

总结

以上便是一个完整的SearchCriteriaBinder的开发过程。可以发现，虽然我们的目标只有SearchCriteriaBinder一个，它也是唯一在外部可以访问到的类型（即public），但是我们这里总共出现了9个接口或是类。整个SearchCriteriaBinder是通过它们的协作完成的。9个看上去很多，但其实它们之间并没有复杂的交互，你会发现每个类本身只是和另外1至2个抽象有联系，它们也没有复杂的依赖关系。确切地说，我只是把它们拆成了一个个独立的小功能而已。

拆成小功能，只是为了进行独立的，细致的单元测试。也就是说，我的每一次重构，每一次拆分，目的都是为提高“可测试性”（我把它们都标红了），因此它是“可测试性驱动开发”。在为某个类进行单元测试的时候，也不会依赖其他类的具体实现，因为所有的类访问的都是抽象，我们只需要为这些抽象创建Mock——其实只是Stub就可以了。例如：

测试SearchCriteriaBinder时，为ITokenizer和ISearchCriteriaBuilder创建Stub。
测试SearchCriteriaBuilder时，为Func<string, IConverter>委托提供实现（也就是个Stub）。

这样，SearchCriteriaBinder的单元测试出错了，那么有问题的一定是SearchCriteriaBinder的实现，而不会是因为Tokenizer实现出错而造成的“连锁反应”。至于其他的类，都只是最简单的“工具类”，没有比它们更容易进行单元测试的东西了。

与传统的TDD相比，我常用的这种“可测试性驱动开发”使用的还是先开发，再测试的做法。在开发的时候，我们使用传统的设计方式，可能设计的只是一套类库/框架对外的表现。例如，我们在开发ASP.NET MVC应用程序时，知道我们需要一个SearchCriteriaBinder来生成Action的参数。于是，这个程序集的职责只是暴露出这个Binder而已。在具体实现这个Binder的过程中，我们也是用非常直接的开发方式，只是会时不时地关注“可测试性”。

“时不时”地关注，这点并不夸张。因为我在实际开发过程中，不会编写大段的逻辑再进行测试，而是写完一段之后（如Tokenize方法）我就会担心“这部分写的到底对不对”。于是，我不会等整个SearchCriteriaBinder实现完成便会提取出Tokenizer，实现并测试。这么做，也可以保证我的开发过程是渐进的，每一步都是走踏实的。使用这种方法，似乎也可以得到TDD的优势：

得到许多测试
模块化
对重构和修改代码进行保护
框架内部设计的文档
……

如果要使用传统的TDD开发SearchCriteriaBinder的话，可能就需要先设计一个输入字符串，然后为它直接设计一个输出。此时，在这个测试中就要考虑许许多多的东西了，例如字符串的拆分，数据的转化，以及转化的各种边界情况等等。事实上，我认为如果不对SearchCriteriaBinder进行分割，是根本无法做到细致的完整的单元测试的。因此，即便是传统的TDD方式，最终也一定会将SearchCriteriaBinder分割成更小的部分。

我认为，使用传统的TDD方式最终得到的结果和“可测试性驱动开发”是很接近的——我是指产品代码。其中的区别可能是使用TDD的方式会有更多更细小的测试，也就是那些被人认为是非常stupid的测试。在开发一些“工具类”的时候，我们很容易想到此类细小的测试，但是大类就不一定了。在面向对象的方式进行开发时，涉及到更多的可能是类之间的交互。这时候“测试驱动”的思维（对我来说）就有些奇怪了。因此，我会选择先进行开发，然后重构成易于测试的形式。

“可测试性驱动开发”和传统的TDD也是不矛盾的，它们完全可以混合使用。例如在开发SearchCriteriaBinder时，我也不会将Tokenize这个私有方法真正实现完毕之后才提取出Tokenizer。因为，我其实很快（甚至是在脑子里“写代码”时）就会意识到Tokenize方法是有独立意义的，是需要单元测试的。因此，我会早早地定义ITokenizer接口，然后在开发Tokenizer这个工具类的时候，便使用传统TDD的方式进行。

这样看来，似乎我们也可以这么说：“可测试性驱动开发”是偏向于“设计”的（毕竟“可测试性”是设计出来的），而传统TDD则更偏向于“实现”。

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