17 KiB
23｜设计实战（三）: 一个分布式多端视频会议自动化测试设计
你好，我是柳胜。
这几年疫情肆虐全球，远程办公越来越普遍了，视频会议的市场也变得更加火热。视频会议软件的质量，自然也需要测试保驾护航。
不过，视频会议软件自动化测试非常有挑战性，因为它有很多难点：第一，协作复杂；第二，分布式执行；第三，验证有技术难度。
今天，我们就来为视频会议软件设计一套自动化测试方案，用来测试视频会议的会议功能。
场景还原
我们先从视频会议的时序图开始分析，你就明白视频会议的自动化测试有多复杂了。这里我选择了一个迷你demo，但麻雀虽小，五脏俱全。假定会议用户有三位：使用Web端的用户A、桌面用户B，以及手机用户C。
如图所示，Web用户A先在浏览器创建一个Meeting，发送邀请链接给桌面用户B和手机用户C，然后B和C加入会议，A、B、C三个人同时在线。
这时，用户A开始演示自己的屏幕，B和C要收到A演示的屏幕；A如果在聊天区里发送一个消息，B和C也要收到这个消息。
这样一个复杂的场景，我们既要测试视频会议的分布式协作能力，还要测试会议的准确度，另外还要保证效率性能。这三方面的测试目标，我用表格的方式来举例说明，你可以看看。
视频会议测试概要设计
那么，自动化测试该怎么设计和实现，才能达到上面的目标？我们先从概要设计开始分析。
还是遵循从顶向下的设计思路，我们先捋出来要完成视频会议测试，需要测试哪几个功能区。
首先是初始化，初始化的过程，是保证所有的客户端都进入到视频会议里；然后测试演示功能区，也就是完成一个客户端演示，其它客户端观看演示的过程；接着要测试聊天功能区，一个客户端发送聊天，其它客户端接收聊天；最后是退出，测试完毕后，各个客户端依次退出视频会议系统。
根据这个思路，我们先把视频会议Job切分成4个子Job，如下图所示：
**4个功能首尾衔接，按照依赖关系和重要程度，权值高的排在前面。**如果权值高的失败了，后续的Job就没有必要运行了。根据Job模型层级原则，如果有任何一个子Job失败了，视频会议自动化Job就会失败。
为了支持分布式，我们还需要在Job模型里加入一个host属性，指明本Job运行的主机环境。
像这样，host=“10.0.0.1”，就代表着本Job会被发送到10.0.0.1这台机子上去运行。
有了这个属性后，后面我们就好建模了。接下来，我们依次来看各个功能区怎么设计。
初始化功能设计
初始化Job，要完成的任务是A、B、C进入会议，同时在线。怎么设计呢？
我们还是先按操作顺序梳理一下A、B、C都做了什么。
首先，A要做一个CreateMeeting的操作，把它发到10.0.0.1主机上运行，输出一个MeetingUrl；然后，B和C从Input里取到MeetingUrl，在10.0.0.2主机上执行JoinMeetingDesktop，在10.0.0.3主机上执行JoinMeetingAndroid的Job。
但有一个问题，初始化Job的运行结果是，A，B，C都加入了Meeting。怎么验证A、B和C都加入到会议里了呢？又由谁去做这个验证呢？
可以这样设计，等A、B、C都执行完操作以后，再运行一个VerifyJoin的Job，来验证ABC是否都已经成功加入Meeting了。
在Job树上会有这样的结构：把A、B、C聚合成一个ScheduleMeeting的Job，然后VerifyJoinJob的Dependency指向ScheduleMeeting Job。
在执行的时候，等到ScheduleMeeting Job执行完且结果为通过的情况下，VerifyJob会才会开始执行。如果A、B、C其中有一个失败了，ScheduleMeeting就会失败，VerifyJoin的Job也就没必要再去执行了。
这种设计的好处是，整体自动化测试的健壮性很强。按照Job树的运行原理，运行顺序是这样的：CreateMeeting先运行，然后是JoinMeetingDesktop和JoinMeetingAndroid，最后再运行VerifyJoin。任何一个失败，后面都不必运行了。
不过，这种设计也有一个问题，就是自动化测试运行的效率。VerifyJoin的要等到ScheduleMeeting Job全部执行完了，才能执行，整个自动化测试任务执行时间是这4个Job执行时间的总和。
time(Total）=time(CreateMeeting)+time(JoinMeetingDesktop)+time(JoinMeetingAndroid)+time(VerifyJoin)
假设CreateMeeting花了30秒，JoinMeetingDesktop花了20秒，JoinMeetingAndroid花了25秒，VerifyJoin花了15秒。那根据这个公式，总共执行时间是 30+20+25+15 = 90秒，总共一分半的时间。
优化执行时间
怎么让执行时间缩短呢？面对这个问题，你可能会想到，有没有办法把串行执行变成并发执行呢？这样时间就缩短了。
没错，对于Job树上同一层级且没有依赖关系的子Job们，谁先执行、谁后执行都无所谓。为了加快执行速度，我们可以优化JobRunner的机制，用并发线程执行它们。
沿着这个思路，我们可以解除一些依赖关系，让执行效率得到提升，让VerifyJoin Job不再依赖于ScheduleMeeting Job，VerifyJoin和ScheduleMeeting同时启动。
VerifyJoinJob并不知道ScheduleMeeting是否开始，何时结束，它就是不停地轮询A、B、C是否都加入Meeting，如果得到确认就返回，否则会直到超时报错。没错，这里我们可以用上Job模型的TestConfig里的TimeOut参数，比如，我们给VerifyJoinJob设置TimeOut参数是3分钟。
在这个方案下，我们再算一下执行时间是多少。ScheduleMeeting的执行时间的计算公式如下：
executeTime(ScheduleMeeting)=executeTime(CreateMeeting)+ Max(executeTime(JoinMeetingDesktop), executeTime(JoinMeetingAndroid))30+Max(25,20)=55秒
而VerifyJoin Job是和ScheduleMeeting是并发执行的，只要ScheduleMeeting成功运行，ABC同时上线，VerifyJoin Job就会立即成功返回。
所以，和上面同样的Job，现在优化了JobRunner后，整个自动化测试的任务执行时间就缩短到了55秒。相比优化之前的90秒，自动化测试的运行速度加快了40%。
而且，健壮性也得到了保证，即使有错误发生，也不会超过3分钟。根据上面的描述，你可以脑补一下相应的Job树还有它的时间计算公式。
演示功能设计
演示功能又是一个需要多端协作的场景。这是个什么场景呢？简单来说，A开始演示PPT的时候，B和C都要能看到这张PPT。
我们可以用“初始化功能设计”的思路，来完成这个设计，A要执行presentPPT的Job，然后在B和C上分别执行viewPPT的Job，就可以完成这个任务了。
但是，相比“初始化功能”，“演示功能”有两个特殊的地方需要考虑，一个是屏幕相似度，另一个是屏幕切换的流畅度。
屏幕相似度
如何验证演示的正确性？当A展示一张PPT的时候，怎么让程序验证，B和C看到的和A演示的是一样的PPT呢？
比如出现这样的屏幕是正常的。
但下面这样，C端出了问题，没有完整显示，下半部分有一块黑色区域。
看到这里，你可能已经想到了，视频会议的屏幕演示，其实就是一帧帧的图片，我们可以采用位图比较的思路，来验证A，B，C所看到的屏幕是不是一致。
怎么实现位图比较呢？如果自开发的话，可以自己去写图像比较的算法，来计算两张图片之间的相似度。我给你列了一个表，里面提炼了几个经典算法的原理和优缺点。
从上表可以看到，不同的算法，都有各自的优缺点和适用场景。而且，开发和维护这些算法的代码，也是一个不小的工作量。
那有没有智能对比图片的办法呢？图片识别和比较是AI擅长的领域，它们应用到测试领域就是AI测试。业界有两个比较成熟的两个AI测试工具，Applitools和Sikuli。
Applitools 是一个AI 赋能的测试工具，通过视觉AI 进行智能功能和视觉测试。具体怎么实现呢？
A端先把自己的屏幕抓屏，保存成图片上传到Applitools服务器，形成一个基线。B和C也把自己的屏幕图片上传到同样的基线，Applitools会自动对同一基线的图片对比，得出结果。A、B、C端执行的代码如下：
//创建基线 "Image-PresentScreen1"
eyes.open("Video Meeting", "Image-PresentScreen1 ", new RectangleSize(800, 600));
//对屏幕抓图
File file = Screen.capture();
BufferedImage img = ImageIO.read(file);
eyes.check("Image buffer", Target.image(img));
//关闭Eyes.
eyes.close();
在Applitools的网站可以看到三条成功的记录，A和B和C上传的图片，Applitools经过对比是一致的，所以结果为成功。
在图片上，还有两个图标，点赞和消赞，分别对应着Accept Diff和Reject Diff。当Applitools发现图片不匹配时，比如在图片中有动态的值（日期，时间，用户名等等），每次运行的值都不一样，你可以通过点击这点赞的图标Accept Diff，来反馈训练Applitools的图片识别算法，反馈次数越多，训练出的识别能力越精准。
Applitools很好用，但有一个限制，它需要图片上传到Applitool自己的官方服务器进行识别。如果我们对数据有安全的顾虑，Sikuli更适合。Sikuli由美国麻省理工学院研究开发，是一款基于视觉的测试工具，也提供了图片比较函数，代码示例如下：
Screen screen=new Screen();
Pattern pa1=new Pattern("/Users/37397/Desktop/Screen Shot 2018-03-27 at 6.02.42 PM.png");
String img=screen.capture().save("/Users/1234/Desktop/Automation/Test_Sikuli/", "image");
Finder f1=new Finder(screen.capture().getImage());
f1.find(pa1);
if(f1.hasNext()){
Match m=f1.next();
System.out.println("Match found with "+(m.getScore())+"100"+"%");
f1.destroy();
}
else{
System.out.println("No Match Found");
}
屏幕切换流畅度
演示的流畅也是需要测试的。怎么度量演示的流畅？我们可以用延迟时间来评价。也就是当A切换屏幕之后，B和C上的画面也开始切换，这个时间差就是延迟时间。
现在的问题就变成了——怎么来截取这个时间差？这就涉及到一个分布式事务的概念，如果我们定义的Transaction是timeBetweenPresentAndView，那么Transaction Start是在A端开始Present的时候，而Transaction End是在B端看到PPT的时候。
分布式事务怎么实现？在Job模型里，我们可以用Input和Output来实现。A的Job在Present之后就立刻记录下当前的时间戳，输出一个TR_START_timeBetweenPresentAndView=1342629206455，而B的Job在看到PPT之后，也立刻记录下时间戳，输出一个TR_END_timeBetweenPresentAndView=1342629276772。
那它们怎么聚合成最后的事务呢？这时候，我们可以创建一个aggreateTransaction的Job，专门负责从Input里拿到这些数据，然后计算输出TR_timeBetweenPresentAndView的时间。
聊天功能和演示功能类似，由A发送一个Message，B和C都要接收它。这里也有准确性和时效性的问题。解决方案和演示功能相似，你可以自己梳理一下Job树，巩固前面学到的内容。
实现与扩展
到这里，我们把刚才的设计整理一下，整体成果Job树如下：
从图里可以看到，我们一共用15个Job完成了这个视频会议自动化测试场景的设计。接下来，我们对照Job树，继续推演需要实现的子Job和适合的工具。
实现
所有的叶子结点Job，都是后面测试实现阶段中，测试开发同学需要开发实现的实体Job，把它列成一个Job树叶子工作表：
然后就到了每个Job选型工具的确定。工具的列表可以参考我为本专栏准备的 Gitub地址。选型遵循3KU法则，寻找合适的测试层面和成熟的工具。
扩展
在刚才的Job设计中，视频会议的Desktop端是Windows，所以JoinMeetingDesktop Job的实现用WinAppDriver。
如果未来有一天，我们的视频会议有了Mac端，这个时候Job设计怎么变化？
我们可以想一下，不论是Mac还是Windows、Linux，它们都只是视频会议的不同载体，但上面实现的业务是一样的。也就是说，我们上面基于业务做的Job设计依然有效。
这时，可以把JoinMeetingDesktop变成抽象Job，增加3个子Job：JoinMeetingWindows、JoinMeetingMac、JoinMeetingLinux，它们是对JoinMeetingDesktop的实现。当JoinMeetingDesktop运行的时候，会把子Job都运行一遍，Windows、Linux、Mac就都得到了测试验证。
小结
今天我们通过视频会议的Job设计，把一个分布式多端协作的交互场景，分解成一个个简单可开发任务，并且分析了子任务的Input和Output。其实，这个分解过程就是我们的自动化测试设计要做的工作。不难发现，用好我们的Job模型，这个分解工作就能迎刃而解了。
不过，之前我们的Job模型不支持分布式，所以，我们对Job模型又做了扩展，增加了Host属性，支持分派Job到不同的主机上运行。在Host属性可以增加多台主机名，那么就可以实现一个Job发送到多台机子上运行。
还是按照Job设计的思路，我们分而治之，把视频会议自动化的整个任务分解成了四个功能区：初始化Meeting，演示功能区，聊天功能区和退出Meeting。然后，我们再对每个功能下钻细化，直到可执行的实例Job。
视频会议自动化测试中，还会涉及一些具体的技术实现，比如图像比较，自开发算法和使用主流工具两种思路，我都为你做了简要分析。
自开发算法的问题是，开发打磨出一个可用的图像相似度算法会耗费人力，说白了就是投产比并不划算。
所以，我们可以借鉴业界已有的技术，比较成熟的两款工具是Applitools和Sikuli。我用一个例子来介绍Applitools AI识别图像的实现思路，你也可以把它应用在你的工作中去。
在设计过程中，我们也发现了执行效率可优化的空间。没有依赖关系的Job们，我们可以通过并发线程来执行它们，只有当存在依赖关系时，才需要顺序执行。通过这样一个机制上的优化，我们就能把视频会议自动化的执行时间缩短将近一半。
到这里，基于Job模型的自动化测试设计思路和案例就讲完了，相信你收获了一种全新的设计思路和实现方法。但在收获的同时，关于怎么落地，你一定还会有不少疑问，我完全能够理解。
**一个新的设计方法，需要很多配套的实现。**比如，围绕着OpenAPI设计就有一个工具生态圈：有OpenAPI规范来书写接口文档，有Swagger来可视化展现接口，有OpenAPI generator来自动生成代码。下一讲，我们就一起学习一下基于Job模型的框架实现和代码例子，敬请期待。
思考题
今天讲的视频会议的自动化测试场景设计，你觉得还有没有什么重要功能，是我们没有进行测试设计的？怎么用Job模型来完成这个功能呢？
欢迎你在留言区和我交流互动，也推荐你把今天学的内容分享给更多同事、朋友，一起应用Job模型来完成各种自动化测试设计。