12 KiB
03 | 可测试性： 一个影响软件设计的重要因素
你好！我是郑晔。
上一讲，我们讲了软件设计的第一步：分离关注点。作为至关重要的第一步，分离关注点常常被人忽略，严重影响了设计的有效性。这一讲，我们再来看另一个经常被很多人忽视的因素：可测试性。
在讨论可测试性之前，我们不妨先来思考一个问题：你觉得软件开发中最浪费时间的环节是什么？答案肯定不是写代码，因为写代码是一个建设的过程，谈不上是在浪费时间。在我接触过的诸多项目里，集成测试可以说是一个浪费时间的大户。
那你的项目是怎么做集成测试的呢？一个常见的测试场景是这样的：你先花了一些时间打包部署一个服务端应用，然后开始测试。测着测着，你发现一个Bug，然后调查半天，最后发现是一个简单的错误。你就在心里暗恨，为啥写代码的时候没发现呢！
这还只是一个简单的场景，也有稍微复杂一点的。比如，有多个不同项目组的人一起联合测试。当你测出一个Bug，然后辛辛苦苦调查半天，发现是另外一个模块出了问题，你唯一能做的就是等着那个组的同事把Bug改好，测试才能进行下去。更可恨的是，他们查了半天，结果也是一个简单的错误。你会在心里嘀咕，为啥写代码的时候不仔细一点呢？
在实际工作中，我们经常遇到类似的场景。你觉得这种状态正常吗？可能很多人对此习以为常。虽然难受，却不得不忍受。
但我想说的是，这样的问题原本有机会得到优化。而出现这样的问题，主要原因就在于前期设计时就埋下了隐患，你根本没有考虑“可测试性”。
软件设计要考虑“可测试性”
我们知道，软件开发要解决的问题是从需求而来。需求包括两大类，第一类是功能性需求，也就是要完成怎样的业务功能；第二类是非功能性需求，是业务功能之外的一些需求。
非功能性需求也被分为两大类，一类称为执行质量（Execution qualities），你所熟悉的吞吐、延迟、安全就属于这一类，它们都是可以在运行时通过运维手段被观察到的；而另一类称为演化质量（Evolution qualities），它们内含于一个软件的结构之中，包括可测试性、可维护性、可扩展性等。
做设计的时候，功能性需求自不必说，你肯定会考虑到。在非功能性需求中，执行质量是很多程序员的心头爱，一般也不会被忽略。但演化质量的地位却很低，常常为人忽略，尤其是其中的“可测试性”。
我们在开发过程中欠下的很多技术债，本质上都是因为忽略了“可测试性”这个需求。
可测试性为什么如此重要？因为我们做设计，其实就是把一个软件拆分成一个一个的小模块。如果不尽可能地保证每个小模块的正确性，而只是从最外围的系统角度去验证系统的正确性，这将会是一个非常困难的过程。就和盖楼是一个道理，不保证钢筋、水泥、砖土质量合格，却想要盖出合格的大楼来，很荒唐吧！然而，很多团队的软件开发就是这么做的。
我们要保证每个小模块的正确性，就要保证每个模块在开发阶段能够测试，而想要每个模块能够测试，在设计过程中，就要保证每个模块是可以测试的，而这就是可测试性。
一旦我们在可测试性上考虑不足，就会引发一系列的后续问题。比如，复杂的系统不仅仅在测试上有难度，在集成、部署等各个环节，都有其复杂性，完成一次部署往往也需要很长时间。
这也就意味着，即便是一个简单的验证工作，部署的时间成本也非常昂贵。这还不包括在出问题时，我们在一个复杂系统中定位问题的成本。
我们只有把每个小模块尽可能做好，才能尽量降低对集成环境的依赖程度，从而节省后期的成本。这就相当于在前面多花了1块钱，却省下了后期的10块钱。
我们回过头思考一下这节课刚开始提到的那个问题，为什么我们在集成测试场景中，会浪费那么多时间呢？因为这个系统只能在集成测试环境中进行测试，所以，即使是一些非常简单的问题，也只能在这阶段暴露。这些问题原本可以在更前面的阶段解决，比如，单元测试。
可为什么这些问题会遗留到集成测试环境呢？很多程序员给你的回答都会是，不好测。而这不好测的背后，往往就是因为在设计中没有考虑“可测试性”这个因素。
那么如何在设计中考虑可测试性呢？其实就是要在设计时想一下，这个函数/模块/系统要怎么测。
当你用这个标准衡量一些系统时，可能就会发现一种典型的错误，就是设计根本没有考虑过测试。这样的系统常常只有最外层的接口可以测试，也就是说，整个系统必须集成起来才能测试。前面提到的集成测试的问题犯下的就是这种错误。
在实际工作中，很多公司为了做集成测试，要把所有的子系统全部都搭建出来，也就是一套完整的环境。这种环境要占用大量的资源，一般来说，公司不会准备很多套。这样造成的结果就是各个团队对于环境的竞争，再叠加上各个系统配合的问题，测试的效率还会进一步降低。
所以，我们在设计一个函数/模块/系统时，必须将可测试性纳入考量，以便于能够完成不同层次的测试，减少对集成环境的依赖。
那么，具体该如何做呢？一方面，尽可能地给每个模块更多的测试，使构成系统的每个模块尽可能稳定，把集成测试环境更多地留作公共的验收资源。另一方面，尽可能搭建本地的集成测试环境，周边的系统可以采用模拟服务的方案。
在软件开发过程中考虑测试，实际上是思考软件的质量问题，而把质量的思考前移到开发，甚至是设计阶段，是软件开发从传统进入到现代的重要一步。
当你有了可测试性的视角
现在你已经对软件设计中的可测试性有了一个初步的认识。其实，在了解可测试性之后，我们还可以把它作为一个衡量标准来考察已有的设计。
比如，有一个设计模式叫Singleton，通常的做法是把构造函数做成私有的。如果这个Singleton的类与其他组件配合，由于这个私有函数的存在，这个类无法继承，也就不能用一个子类对象去模拟它。所以，从可测试性的角度来看，Singleton就不是一个好的设计模式。
再比如，TDD（Test-Driven Development，测试驱动开发）对于很多人来说都非常困难，主要有两方面原因。一方面，这些人不习惯先写测试的工作方式，但另外一方面，也是更重要的原因，是他们不知道怎么测试。
因为很多模块的设计根本没有考虑过如何做测试，要把它们单独拿出来测试，必然会遇到很多问题。
举个例子，在通常的架构中，服务会调用数据库访问的代码。如果是不考虑测试的做法，代码可能写成这样：
class ProductService {
// 访问数据库的对象
private ProduceRepository repository = new ProductRepository();
public Product find(final long id) {
return this.repository.find(id);
}
}
在这里，我们要直接创建数据库访问的对象，然而，要创建数据库访问对象，就要同时把数据库连接起来，你要准备一大堆相关的东西，所以，测试的复杂度就会非常大。
可是，测试这个服务目的是，关心这个服务的逻辑是不是写正确了，这与是不是用数据库没关系啊！所以，如果我考虑了可测试性，服务的依赖就变成了一个数据访问的接口：
class ProductService {
// 访问数据库的对象
private ProduceRepository repository;
public ProductService(final ProduceRepository repository) {
this.repository = repository;
}
public Product find(final long id) {
return this.repository.find(id);
}
}
在这种代码里，我们只需要将数据访问的接口模拟出来，而用来模拟接口的Mock框架在各种程序语言里几乎都可以找到。我们唯一要保证的，就是模拟出来的对象要与接口定义的行为保持一致，不过，这可比准备数据库，难度系数要低多了。
真正懂得了可测试性，还可以帮助我们理解软件开发的趋势。有些Java工作经验的同学可能听说过EJB（Enterprise Java Beans），它是2000年左右的开发主流。当时一个Java系统如果没用到EJB，你都不好意思和人打招呼。但是，今天你很难听说有谁还在用EJB做新系统了。
在每次测试时，EJB都需要部署到专门的应用服务器上。站在可测试性的角度看，它的测试成本就是极其高昂的，相应的开发成本也就变得很高。
当年与EJB竞争的正是当今如日中天的Spring，Spring胜出的一个重要原因就是它简化了开发。它当年的口号正是without EJB。这是一种重要的开发趋势：轻量级开发。而这背后，重要的思维基础，就是可测试性。后面在第五讲中，我们会讲到SpringDI容器的设计，你会进一步看到可测试性在其中发挥的作用。
实际上，Spring在简化开发的道路上从未停下脚步。今天的Java程序员使用Spring Boot的时候，启动它就像启动一个普通的Java应用，在IDE里做各种调试，甚至都没有注意到它启动时，下面有一个Tomcat。
要知道，当年可是要打出一个WAR包，部署到Tomcat上。所以，曾几何时，能够连接远程的Web服务器是IDE一项重要的功能，而这项功能在今天来看，已经非常鸡肋了。
总结时刻
今天，我们学习了一个影响软件设计的重要因素：可测试性。
在软件设计中，可测试性常常被人忽视，结果造成了很多模块的不可测，由此引发了很多技术债。所以，在设计中就要充分考虑可测试性。
在设计中考虑可测试性，就是在设计时问一下，这个函数/模块/系统怎么测。在软件开发中，只有把一个一个的小模块做了足够的测试，我们才会有稳定的构造块，才可以在集成测试的时候，只关注最终的结果。
而有了可测试性的视角，我们可以把它当作一个衡量标准去看待其他的设计或实践，也可以用它帮助我们理解软件的发展趋势。
经过前几讲基础知识的铺垫，你对软件设计已经有了一个初步的了解。下一讲，我们将进入到实际的工作环节中，去了解一个软件的设计。
如果今天的内容你只能记住一件事，那请记住：做软件设计，请考虑可测试性。
思考题
最后，我想请你回想一下，如果以可测试性衡量一下你开发过的系统，它的可测试性如何？有哪些问题是由于最初没有考虑可测试性造成的呢？欢迎在留言区分享你的经历。
感谢阅读，如果你觉得这一讲的内容对你有帮助的话，也欢迎把它分享给你的朋友。