软件测试介绍

软件测试确保质量、安全和可靠性。探索现代方法和工具，以节省时间、降低成本并交付完美的结果。

译自 Introduction to Software Testing，作者 TNS Staff。

什么是软件测试？概述

在软件开发过程中，软件测试至关重要。它确保软件在发布给用户之前满足质量标准、功能正确且保持安全。测试在开发周期中发挥作用，通过检测问题，从而有效地解决问题，节省时间和金钱，同时提高产品的可靠性。

与许多其他软件实践一样，随着公有云、微服务的兴起以及CI/CD的广泛采用，测试的性质也发生了很大变化。将测试视为一项单独的实践和预发布活动长期以来都被认为是一个坏主意，对于现代微服务系统来说，它根本不实用。相反，应该在整个管道到生产的过程中进行测试，无论您是否有专门的QA团队。

软件开发中测试的重要性

测试不仅仅是查找错误；它还用于确认软件是否满足所有预期的标准和功能。此过程对于维护软件质量、满足用户需求和遵守法规要求至关重要。

软件测试的目标

软件测试的主要目标包括查找问题，保证软件质量，最大限度地减少与软件故障相关的风险，并通过测试活动中收到的反馈来改进软件。成功的测试在以下方面发挥作用：

• 确保我们构建的软件正是预期的软件。开发人员在编写场景代码时是否犯了任何错误？
• 确保我们构建的软件满足用户的需求。开发人员是否理解了场景，业务利益相关者是否理解了客户？这可能包括发现已构建的内容是“我所说的，但并非我所指”的情况。
• 确保我们所做的任何更改都没有引入任何回归。
• 确保我们的系统满足安全、可访问性、延迟、负载、可靠性和可持续性等技术要求。

在关于敏捷测试的博客系列中，提出了一个基于我们进行测试的原因的不同类型的测试的有用矩阵。象限有两个维度：

1. 面向业务与面向技术：面向业务的测试（例如，BDD 测试）应与业务专家一起开发，并应反映他们使用的语言。面向技术的测试，例如单元测试或性能测试，通常不需要使用业务语言编写。
2. 指导开发与批判产品：这些测试是在您开发过程中帮助您的测试，以确保您正在构建已要求的内容。在技术方面，这包括安全、负载和性能测试等。

有效软件测试的核心原则

软件测试遵循一组核心原则：

• 应尽早开始测试，并将其作为标准发布周期的一部分。例如，测试驱动开发 (TDD) 建议您首先为软件编写失败的测试，然后编写足够的代码以使软件通过测试。即使您没有正式使用 TDD，通常也建议或多或少并行编写代码和测试，因为这样做可以确保您编写的代码是可测试的。这些单元测试也应充当回归测试。
• 作为每次发布的一部分的手动测试需要保持最少，因为当您每天多次发布时，它容易出错且过于耗时。
• 由于变化的数量，几乎不可能测试软件的各个方面。因此，通常更有效的方法是根据风险评估集中测试功能和组件。因此，现在普遍认为测试覆盖率目标并没有特别有帮助，因为它们往往有些随意，并鼓励编写大量低价值的测试；您真正想要关注的是测试代码中更复杂的部分，并考虑发现错误的可能性。
• 一个普遍的趋势是，少数模块往往拥有大部分已检测到的缺陷。通过识别和关注这些高风险区域，可以使测试工作更有影响力。
• “杀虫剂悖论”指出，如果反复重复相同的测试，最终它们将不再识别系统中的任何新错误。

测试方法可能因软件类型、行业用途和特定客户或最终用户的需求而异。

测试级别和方法

为确保所有领域都经过彻底测试，软件测试有时会分为多个层级，每个层级都处理软件系统的不同方面。这些层级由测试方法支持，这些方法定义了在每个阶段如何进行测试。

测试层级

• 单元测试: 单元级测试涉及编写自动化测试以验证代码的组件或片段。此阶段致力于仔细检查软件的元素，以确认其功能符合预期要求。
• 集成测试: 在此级别，重点是测试不同的单元如何相互交互以识别接口中的任何问题。集成测试的目标是确保各个模块或服务有效协作。
• 系统测试: 此阶段涉及测试集成系统以评估其是否满足指定的要求。它检查软件的功能，包括它如何与硬件、网络和其他软件应用程序交互。
• 验收测试/端到端测试: 测试的最后阶段评估软件是否准备好发布。进行验收测试以验证应用程序是否满足业务需求，以及它是否适合部署。

在微服务环境中，集成测试和系统测试通常被服务测试取代。与单元测试一样，这些测试是自动化的，并测试单个微服务作为一个整体。然后，您的验收测试用于测试多个微服务的协作。验收测试往往对微服务系统特别成问题，这也是将测试在生产环境中进行（曾经被认为是不良做法）变得越来越普遍和可接受的部分原因。

测试方法

• 黑盒测试: 此方法允许测试人员进行测试，而无需了解应用程序的功能。测试过程以满足需求为中心。在现代软件实践中，这种情况不太常见，但它可以用作业务评估的一部分，并且在端到端测试期间将系统视为黑盒通常很有帮助。
• 白盒测试: 白盒测试，也称为透明盒测试，涉及了解应用程序代码的内部逻辑。它专注于测试代码库中的函数和过程。
• 灰盒测试: 灰盒测试融合了白盒测试的元素，它涉及对系统的运行方式有一定的了解。这种方法对于进行集成测试和确保网络安全非常有价值。
• 混沌工程: 有时称为故障注入测试或弹性工程，这是故意以某种方式降低基础设施性能的做法——例如，通过关闭服务器、减慢某些响应速度或故意导致流量激增。它由 Netflix（微服务的早期先驱之一）推广，有助于提高系统的整体弹性。

专项测试技术

• 静态分析: 静态分析工具自动分析代码而不执行它，并且可以发现某些类型的错误和不良的编程实践。静态分析的扩展是一致性测试，它可以用来检查不同接口之间的一致性。
• 动态测试: 与静态测试不同，动态测试需要运行软件并监控结果。这种方法评估软件的性能，并且通常在各个测试阶段使用。
• 探索式测试: 这种结构化的测试形式取决于测试人员的专业知识、实践经验和直觉来指导测试过程。它在发现传统测试方法可能忽略的缺陷方面非常有价值。
• 随机测试: 随机测试是在没有事先计划或文档的情况下非正式地进行的。其目的是发现缺陷并观察软件的性能。

随机测试是在没有正式计划或文档的情况下进行的。主要目标是发现任何问题并评估软件在各种情况下的性能。

软件开发生命周期 (SDLC) 中的测试

在软件开发生命周期 (SDLC) 的每个阶段都加入测试对于创建可信赖的软件至关重要。

在现代 SDLC 模型中，特别是敏捷和 DevOps，持续集成 (CI) 和持续测试 (CT) 发挥着关键作用。通过自动化测试并将它们集成到持续交付管道中，团队可以实现：

• 更快的反馈周期：自动化测试在每次代码提交时运行，帮助开发人员立即了解其更改的影响。
• 一致的质量保证：自动化有助于保持测试一致性，并解放人工测试人员，使他们能够专注于更复杂的探索和分析。
• 可扩展性和速度：自动化测试工具可以快速测试应用程序的多个方面，从而加快交付过程，而不会牺牲质量。

测试现在通常被视为整个团队的责任，自动化测试由编写代码的相同开发人员与他们的 QA 同事合作编写。

在软件开发生命周期 (SDLC) 的每个阶段集成测试不仅是一种推荐的方法，而且对于任何寻求成功的软件项目来说都是必不可少的。与 SDLC 阶段相对应的计划测试方法有助于确保软件可靠并满足用户需求。

生产环境中的测试

如果您采用微服务架构，生产环境可能是唯一运行完整服务集、基础设施和当前软件版本的地方。例如，您可能遇到一个仅在运行多区域时才会出现或仅在存在特定类型数据时才适用的错误。此外，在暂存环境中运行完整的系统副本可能成本高昂，而且无论如何您都不应将敏感用户数据复制到暂存环境中。

在生产环境中进行测试似乎风险很高，但是您可以部署一些技术来降低风险。基本思想是使用功能标志、金丝雀和蓝绿部署等工具逐步推出新代码，以确保只有少量用户会受到任何事件的影响，并且可以快速回滚更改。在开始之前，您应该确保已实施良好的监控和可观测性 测试，以便您可以快速了解任何问题。

自动化测试工具和技术

正如我们已经讨论的那样，自动化测试对于提高效率、精度和测试过程的速度至关重要。在持续交付场景中，这是必不可少的。

自动化测试使用软件工具自动执行测试、组织测试数据和评估结果。这种形式的测试非常适合回归测试、性能评估以及其他重复性活动，这些活动如果手动完成则可能很费力。

常用的自动化测试工具

一些工具已成为自动化测试领域的领导者，每个工具都提供针对不同测试需求的独特功能：

• Selenium：一个强大的自动化 Web 浏览器的工具，Selenium 用于 Web 应用程序的集成和系统测试。
• JUnit/TestNG：这些工具是 Java 环境中单元测试的标准，提供了一个全面的测试框架。
• QTP/UFT：QuickTest Professional，现在称为 Unified Functional Testing，是一个广泛用于功能和回归测试的工具，具有图形界面。
• LoadRunner：此工具专门用于性能测试，模拟数千个用户以测试应用程序在负载下的行为。
• Cucumber：非常适合行为驱动开发 (BDD)，Cucumber 允许使用简单的英语进行测试，使非技术利益相关者也能理解测试用例。

专门用于测试微服务：

• Pact：支持多种语言和平台（例如 JVM、JavaScript、Python 和 .NET）的契约测试工具，也可用于消息交互。
• Spring Cloud Contract：类似于 Pact，但专门针对 Java 生态系统提供一套可靠性测试和混沌工程工具。
• 开源替代方案包括 Netflix 的 Gremlin：Chaos Monkey.

有效自动化测试的技术

为了最大限度地发挥自动化测试的优势，可以采用多种技术：

• 数据驱动测试：这涉及将测试脚本与测试数据分离，允许测试人员使用不同的数据集执行测试脚本。这对于测试相同功能在各种输入场景下的行为特别有用。
• 关键字驱动测试：此方法将测试用例逻辑与实际测试步骤分离，使测试更容易维护和理解。它允许创建高级测试用例，这对于大型团队尤其有用。
• 持续集成 (CI)：将自动化测试集成到 CI 管道中可确保每次更新代码时自动运行测试，从而立即提供有关更改影响的反馈。

自动化测试中的挑战

虽然自动化测试提供了许多好处，但它也带来了一些团队需要管理的挑战。

• 初始设置成本：由于需要专门的工具和技能，设置自动化测试可能非常耗时且昂贵。
• 维护开销：随着应用程序的变化，自动化测试可能会很快过时，需要定期更新测试脚本。
• 误报/漏报：自动化测试有时可能会返回误报或漏报，导致产生虚假的安全感或不必要的警报。

自动化测试最佳实践

实施最佳实践可以帮助减轻与自动化测试相关的某些挑战：

• 选择合适的测试用例进行自动化。并非所有测试都适合自动化。优先考虑重复性、数据密集型和回归测试。
• 保持测试简单明了。编写清晰、简洁和简单的自动化测试，以帮助长期维护它们。
• 定期审查和更新测试用例。随着应用程序的发展，自动化测试也应该如此。定期审查将确保它们保持有效性和相关性。

在现代软件开发方法中，自动测试软件是一项基本实践。当团队使用工具和方法时，他们可以提高测试程序的有效性和范围，从而实现发布和更高的软件质量。

其他测试概念

随着软件开发的进展，测试方法也在不断发展，以保证软件的质量和可靠性。现代测试实践整合了策略和工具，以解决当今应用程序中发现的测试问题。这些实践在提高复杂系统和环境中测试的效率和有效性方面发挥着作用。

易用性测试

测试产品的易用性包括评估其用户界面如何与目标受众产生共鸣。目标是观察实际用户如何与软件互动，找出他们面临的任何挑战，并确保产品易于使用且直观。

安全性测试

彻底的安全检查有助于发现恶意个人可能利用的弱点。这包括进行渗透测试、扫描漏洞和评估风险。

• 渗透测试：模拟网络攻击以识别安全漏洞。这有时被称为“渗透测试”。
• 漏洞扫描：使用自动化软件根据已知的漏洞特征扫描系统。

性能优化测试

这种方式的测试不仅仅是发现性能问题；它还包括增强软件的性能。方法包括分析（查明性能瓶颈）和基准测试（将性能与行业基准进行评估）。

• 负载测试：确保应用程序在高负载条件下按预期运行。
• 压力测试：确定应用程序失效的极限以及它如何从这些失效中恢复。

为了满足当代软件开发的需求，掌握测试原理至关重要。通过应用易用性、安全性以及性能优化测试方法，并结合自动化策略，公司可以保证其软件坚固、安全、以用户为中心，并在各种场景下有效运行。这些方法不仅提高了产品质量，而且加快了发布流程，增强了客户满意度。

软件测试中的挑战

软件测试本身就存在一些障碍，这些障碍会影响最终产品的质量。认识到这些障碍并采取方法来解决它们是软件测试的关键。

软件测试中的常见挑战

• 跟上不断变化的需求。在动态且快速发展的环境中，需求往往会发生变化。这对试图使其测试用例和策略与最新需求保持一致的测试团队来说是一个障碍。
• 确保全面覆盖。在复杂的系统中，实现测试覆盖率可能感觉势不可挡。在测试过程中，经常存在忽略场景或功能的风险，这可能会导致错误在生产中出现。
• 应对资源限制。测试团队通常会在时间、预算和人力方面遇到限制。在力求获得顶级测试质量的同时，在这些限制之间取得平衡可能非常具有挑战性。
• 适应持续部署实践。随着组织采用持续集成 (CI) 和持续部署 (CD)，测试人员必须确保测试能够跟上频繁和快速的部署。这需要自动化并将测试集成到 CI/CD 管道中。
• 管理测试数据。处理大量的测试数据并确保其相关性和最新性构成挑战。有效的测试数据管理需要规划和执行。

克服测试挑战的策略

采用左移测试。由Larry Smith于2001年提出，“左移”测试涉及在开发过程早期集成测试，在编写代码的同时编写自动化测试，之后可以在代码更改时运行这些测试。这种方法有助于尽早发现缺陷，此时修复缺陷的成本较低，并能提高软件质量。

利用测试自动化。自动化可以显著加快测试过程，并帮助高效处理重复性任务。自动化测试对于回归测试和将测试集成到CI/CD管道中至关重要。

使用测试管理工具。有效的测试管理工具有助于组织、管理和跟踪测试过程。这些工具可以促进团队成员之间的更好协作，并帮助维护全面的测试文档。

优先考虑关键测试。资源有限的情况下，优先考虑测试工作非常重要。关注对功能和用户体验影响最大的关键领域。基于风险的测试可以帮助识别这些领域。

有效的测试数据管理。实施创建、管理和维护测试数据的策略。使用数据屏蔽和合成测试数据生成可以帮助确保数据隐私和相关性。

在生产环境中测试。正如我们前面所讨论的，对于微服务而言，在正确管理的情况下，在生产环境中进行系统测试可以有效地确保系统按预期运行。

在软件测试方面，存在一些需要克服的障碍。但是，实施诸如测试、自动化测试和充分利用工具等策略，可以在很大程度上解决这些挑战。通过关注测试覆盖率、良好地管理测试数据以及与持续集成/持续部署 (CI/CD) 流程集成，测试团队可以提高其性能和生产力。最终，这将提高产品质量并加快发布周期。

软件测试的实际应用

软件测试不仅仅是理论；它对软件产品的成功和寿命的影响是切实的。探索现实世界的例子和实例，有助于我们深入了解测试在各个行业和情况下的作用。

突出有效测试影响的案例研究

电子商务系统。对于电子商务平台，交易和用户数据处理频繁，强大的测试确保安全、功能和用户满意度。有效的测试策略有助于防止数据泄露，确保无缝的购物体验，并在销售活动等高峰时段处理高流量负载。

医疗保健应用。在医疗保健领域，软件测试至关重要，因为医疗软件系统需要准确性和可靠性。严格的测试协议确保患者数据管理系统安全，并且医疗设备在任何情况下都能正常运行，从而保障患者健康。

金融服务软件。对于银行和金融服务，软件测试确保金融交易的完整性和安全性以及数据隐私。回归测试和性能测试对于处理该领域的大量数据和所需的高安全性尤其重要。

电信系统。在电信领域，软件测试用于确保系统能够处理大量呼叫和数据传输，具有高可靠性和最小的停机时间，这对于维护服务质量和客户满意度至关重要。

行业领导者的评价

许多行业领导者公开承认软件测试在其运营中的重要性。例如，Google和Microsoft等大型科技公司大力投资自动化测试和CI/CD，以确保其产品达到最高的质量和可靠性标准。这些公司经常与社区分享他们的测试最佳实践和工具，进一步强调了测试的重要性。

对开发周期和业务成果的影响

降低成本。有效的软件测试通过在开发周期的早期发现错误来显著降低修复错误的成本。这种成本降低对于维持预算限制和确保项目盈利至关重要。

提高产品质量。通过彻底的测试，公司可以确保其产品可靠并满足用户期望，这对于保持强大的市场声誉至关重要。

加快上市时间。良好集成的测试策略，特别是通过自动化和CI/CD，可以加快开发周期，使公司能够更快地将产品推向市场。 提高客户满意度。通过确保软件产品在很大程度上没有错误并在各种条件下都能良好运行，公司可以显著提高客户满意度和忠诚度。

软件测试的不可或缺作用

软件测试是软件开发生命周期中不可或缺的组成部分，对于确保交付高质量、可靠和安全的软件产品至关重要。这篇对软件测试的全面探讨——从其基本原理和各种类型到高级实践和实际应用——证明了其在多个行业和项目中的关键重要性。

主要收获

• 确保质量和可靠性。 通过严格的测试协议，开发人员可以确保软件完美运行并满足所有指定的要求。这不仅增强了用户体验，也提升了产品在市场上的声誉。
• 降低风险。 测试有助于在开发过程的早期识别和降低潜在风险，从而可以防止代价高昂的故障和品牌声誉受损。
• 支持持续改进。 敏捷和DevOps实践中的持续测试和反馈循环促进了持续改进，帮助团队快速适应变化并更有效地进行创新。
• 推动业务成功。 有效的测试策略对于降低开发成本、加快上市时间和提高客户满意度至关重要，直接有助于企业的最终盈利。

软件测试的未来

随着技术的飞速发展，软件测试的作用将变得更加关键。人工智能 (AI)、机器学习等新兴技术以及软件系统日益增长的复杂性将需要更加复杂的测试方法。软件测试的未来可能会看到AI工具的更大程度集成，以自动化复杂的测试流程，预测潜在问题，并优化测试策略以提高效率。

此外，对安全的日益重视，特别是随着网络威胁的增加，将增强对安全测试的关注，使其成为所有测试活动的基本方面。软件测试的演变将继续反映软件开发的进步，强调其在创建创新、强大和安全的软件解决方案中不可或缺的作用。

保持知情和参与

对于那些有兴趣了解软件测试最新趋势和进展的人来说，访问The New Stack至关重要。我们的平台定期更新关于软件测试的最新内容、新闻和见解，帮助专业人士保持知情并在其领域领先。参与论坛、参加会议和继续专业发展课程也是保持联系和知情的极好方法。

软件测试不仅仅是开发过程中的一个阶段，而是对质量和卓越的持续承诺。展望未来，软件测试的重要性只会越来越高，从而巩固其作为成功软件开发基石的作用。