آزمایش واحد (یونیت) فرایندی است که در آن کوچک‌ترین واحد عملکردی کد، آزمایش می‌شود. این آزمایش به تضمین کیفیت کد کمک می‌کند و بخشی ضروری از توسعه نرم‌افزار به شمار می‌آید و یکی از بهترین روش‌ها در توسعه نرم‌افزار است که آن را به یونیت‌های کوچک و عملکردی تبدیل می کند . می‌توان ابتدا آزمایش‌های یونیت را در قالب کد نوشت و سپس هر تغییراتی که در کد نرم‌افزار ایجاد می‌شود، آزمایش خودکار اجرا شود. به این ترتیب، اگر آزمایشی موفقیت‌آمیز نباشد، می‌توان سریعاً قسمت اشتباه کد را شناسایی کرد. آزمایش، تفکر مدولار را تقویت کرده و کیفیت آزمایش را بهتر می کند. این آزمایش خودکار، زمان بیشتری برای تمرکز بر کدنویسی به وجود می آورد.
آزمایش واحد چیست؟
آزمایش واحد، یک قطعه کد است که دقت واحدی کوچک و ایزوله از کد را که معمولاً یک تابع یا متد است، تأیید می‌کند. هدف آزمایش واحد بررسی این نکته است که آیا قطعه کد مطابق با منطق نظری توسعه‌دهنده هست یا خیر. این آزمایش می‌تواند تنها با قطعه کد از طریق ورودی و خروجی‌های ثبت شده (درست یا نادرست) تعامل داشته باشد.
قطعه کد می‌تواند شامل مجموعه‌ای از آزمایش‌های واحد باشد که به آن‌ها موارد آزمایشی گفته می‌شود. یک مجموعه کامل از موارد آزمایشی شامل رفتار پیش‌بینی‌شده ای از قطعه کد می شود؛ هرچند همیشه هم نیازی به تعریف مجموعه نیست. زمانی که یک قطعه کد به اجزای دیگر سیستم برای اجرا نیاز دارد، آزمایش واحد باید در شرایط ایزوله اجرا شود. داده‌های دیگری مثل پایگاه‌های داده و ارتباطات شبکه ممکن است برای عملکرد کد موردنیاز باشند. در این صورت، باید از داده‌های استاب استفاده شود. نوشتن آزمایش‌های واحد برای قطعات کوچک و منطقی آسان‌ترین کار است.
استراتژی‌های آزمایش واحد
برای ایجاد آزمایش‌های واحد، می‌توان از تکنیک‌های پایه‌ای استفاده کرد که تمام موارد آزمایشی را شامل می شود.
بررسی‌های منطقی
آیا سیستم محاسبات را به درستی انجام می‌دهد و مسیر صحیحی را با ورودی‌های درست و مورد انتظار دنبال می‌کند؟ آیا تمام مسیرهای موجود در کد توسط ورودی‌های داده شده پوشش داده شده‌اند؟
بررسی‌های مرزی
سیستم چگونه به ورودی‌های معمولی، موارد مرزی یا ورودی‌های نامعتبر پاسخ می‌دهد؟ فرض کنید انتظار ورودی عدد صحیحی بین ۳ و ۷ را دارید. سیستم وقتی از ۵ (ورودی معمولی)، ۳ (مورد مرزی) یا ۹ (ورودی نامعتبر) استفاده می‌کنید، چگونه پاسخ می‌دهد؟
مدیریت خطا
سیستم چطور به خطاهای ورودی پاسخ می‌دهد؟ آیا از کاربر تقاضای ورودی دیگری می کند؟ آیا نرم‌افزار به مشکل برمی‌خورد؟
بررسی‌های شی‌ءگرا
اگر وضعیت هر مورد با اجرای کد تغییر کند، آیا به‌درستی به‌روز می‌شود؟
مزایای آزمایش واحد
آزمایش واحد در پروژه‌های توسعه نرم‌افزار اهمیت زیادی دارد:
کشف سریع اشکالات
اگر هرگونه خطا در ورودی، خروجی یا منطق در یک قطعه کد وجود داشته باشد، آزمایش‌های واحد کمک می‌کنند تا قبل از رسیدن اشکالات به تولید، این خطاها شناسایی شوند. زمانی که کد تغییر می‌کند، همان مجموعه آزمایش‌های واحد اجرا می‌شوند – اابته به همراه سایر آزمایش‌ها مثل آزمایش‌های یکپارچگی – و انتظار نتایج مشابهی می‌رود. اگر آزمایش‌ها با شکست روبه‌رو شوند (آزمایش‌های معیوب)، این نشان‌دهنده وجود اشکالاتی دز بازگشت داده‌ها است. آزمایش واحد به یافتن سریع تر اشکالات در کد هم کمک می‌کند.
توسعه‌دهندگان زمان زیادی را صرف برطرف‌کردن اشکالات نمی‌کنند و می‌توانند به سرعت قسمت دقیق کد اشتباه را شناسایی کنند.
مستندات
مستندکردن کد برای آگاهی از وظیفه آن مهم است. بااین‌حال، آزمایش‌های واحد نیز شبیه نوعی مستندات عمل می‌کنند. توسعه‌دهندگان آزمایش‌های دیگری روی رفتار کد انجام می دهند و از این اطلاعات برای بازنویسی کد استفاده می‌کنند. بازنویسی کد، کیفیت آن را بالا می برد. می‌توان آزمایش واحد را برای بررسی عملکرد درست کد بعد از تغییرات، دوباره اجرا کرد.
توسعه‌دهندگان چگونه از آزمایش‌های واحد استفاده می‌کنند؟
توسعه‌دهندگان در مراحل مختلف چرخه عمر توسعه نرم‌افزار از آزمایش‌های واحد استفاده می‌کنند.
توسعه مبتنی بر آزمایش
توسعه مبتنی بر آزمایش (TDD) زمانی است که توسعه‌دهندگان آزمایش‌هایی برای بررسی عملکرد یک نرم‌افزار، قبل از ساخت کد آن، ایجاد می‌کنند. در این شیوه، به محض اتمام کدنویسی و اجرای آزمایش‌ها، کد به‌سرعت قابل‌تأیید است.
مراحل پس از تکمیل قطعه کد
پس از اینکه یک قطعه کد کامل بررسی شد، باید آزمایش‌های واحد توسعه ارائه می‌شوند، البته اگر قبلاً به واسطه TDD این کار انجام نشده باشد. آزمایش‌های واحد می‌توانند برای تایید نتایج بلافاصله اجرا شوند. آزمایش‌های واحد همچنین به‌عنوان بخشی از مجموعه آزمایش‌های دیگر نرم‌افزاری اجرا می‌شوند. این آزمایش‌ها معمولاً اولین مجموعه‌ای هستند که در طول آزمایش کامل نرم‌افزار اجرا می‌شوند.
کارایی DevOps
یکی از فعالیت‌های اصلی در کاربرد DevOps در شیوه‌های توسعه نرم‌افزار، ادغام مداوم و تحویل مداوم (CI/CD) است. هرگونه تغییر در کد، در پایگاه وسیع‌تری ادغام شده، از طریق آزمایش‌های خودکار اجرا شده و سپس در صورت موفقیت آزمایش‌ها، منتشر می‌شود. آزمایش‌های واحد تنها بخشی از مجموعه آزمایش‌ها را تشکیل می‌دهند و در کنار آزمایش‌های یکپارچگی اجرا می‌شوندو در خط لوله CI/CD اجرا می‌شوند تا کیفیت کد را با تغییرات در طول زمان تضمین کنند.
چه زمانی آزمایش واحد فایده کمتری دارد؟
آزمایش واحد برای هر مورد آزمایشی در هر قطعه کد و در هر پروژه الزامی نیست. در اینجا مثال‌هایی آورده شده است که ممکن است نیازی به آزمایش واحد نداشته باشند.
محدودیت زمانی
حتی با وجود چارچوب‌های آزمایش واحد تولیدی، نوشتن آزمایش‌های واحد جدید نیاز به زمان زیادی دارد. در حالی که آزمایش‌های مبتنی بر ورودی و خروجی ممکن است آسان باشند، بررسی‌های منطقی دشوارتر هستند. زمانی که توسعه‌دهندگان شروع به نوشتن آزمایش‌ها می‌کنند، موارد نیازمند بازنویسی را در قطعه کد را مشاهده کرده و از مسیر اصلی منحرف می‌شوند. این مسئله منجر به طولانی‌شدن زمان توسعه و مشکلات بودجه بندی می شود.
برنامه‌های UI/UX
زمانی که سیستم بیشتر از منطق به‌ظاهر و احساس اهمیت می‌دهد، ممکن است نیاز به آزمایش‌های واحد زیادی نباشد. در این موارد، انواع دیگر آزمایش مثل آزمایش‌های برنامه‌ریزی‌شده دستی، روش بهتری نسبت به آزمایش واحد هستند.
کدهای قدیمی
نوشتن آزمایش برای پوشش کدهای قدیمی می‌تواند تقریباً غیرممکن باشد. ازآنجاکه آزمایش‌های واحد به داده‌های فرضی نیاز دارند، ممکن است نوشتن آزمایش‌های واحد برای سیستم‌های مرتبط با داده‌های زیاد زمان‌بر باشد.
سرعت تغییر نیازها
در هر پروژه، نرم‌افزار می‌تواند رشد کند، تغییر مسیر دهد یا بخشی از آن در هر دوره کاری کاملا حذف شود. اگر نیازها مدام تغییر کنند، دلیلی برای نوشتن آزمایش‌های واحد هر بار که یک قطعه کد ایجاد می‌شود، وجود ندارد.
بهترین شیوه‌های آزمایش واحد
در ادامه به بعضی از بهترین روش های آزمایش واحد اشاره می شود:
استفاده از یک چارچوب آزمایش واحد
نوشتن آزمایش‌های واحد سفارشی برای هر قطعه کد وقت‌گیر است. برای هر زبان برنامه‌نویسی رایج، چارچوب‌های آزمایش خودکار وجود دارد. به عنوان مثال، پایتون دو چارچوب مختلف برای آزمایش واحد به نام‌های pytest و unittest دارد. چارچوب‌های آزمایش در پروژه‌های توسعه نرم‌افزار استفاده می‌شوند.
خودکارسازی آزمایش واحد
آزمایش واحد باید در رویدادهای مختلف در طول توسعه نرم‌افزار فعال شود. مثلا، می‌توان از آن قبل از ارسال تغییرات به یک شاخه با استفاده از نرم‌افزار کنترل نسخه یا قبل از انتشار به‌روزرسانی نرم‌افزاری استفاده کرد. آزمایش واحد همچنین می‌تواند بر روی یک پروژه کامل، بر اساس یک برنامه زمانی تنظیم شده، اجرا شود. آزمایش واحد خودکار اطمینان می‌دهد که آزمایش‌ها در تمام رویدادها و موارد مناسب در طول چرخه توسعه اجرا می‌شوند.
نیاز به یک‌بار تأیید
برای هر آزمایش واحد، باید تنها یک نتیجه درست یا نادرست وجود داشته باشد و مطمئن بود که تنها یک عبارت تأیید در آزمایش وجود دارد. عبارت تأیید ناموفق در قطعه‌ای از چندین عبارت می‌تواند باعث سردرگمی شود.
پیاده‌سازی آزمایش واحد
با آن که آزمایش واحد بخش مهمی از ساخت نرم‌افزار است، بسیاری از پروژه‌ها منابعی به آن اختصاص نمی‌دهند. زمانی که پروژه‌ها به عنوان نمونه‌های اولیه آغاز می‌شوند و یا به‌سادگی کدنویسی می‌شوند، ممکن است به دلیل محدودیت های زمانی، نیازی به آزمایش واحد نباشد.
با این حال، زمانی که پروژه‌ها از ابتدا با آزمایش واحد به عنوان یک رویه استاندارد ساخته شوند، دنبال کردن و تکرار فرایند بسیار آسان‌تر می‌شود.
تفاوت بین آزمایش واحد و سایر آزمایش ها
انواع دیگری از روش‌های آزمایش نرم‌افزار در کنار آزمایش واحد وجود دارد که هر یک نقش خاصی در چرخه عمر توسعه نرم‌افزار ایفا می‌کنند:
- آزمایش یکپارچگی بررسی می‌کند که آیا بخش‌های مختلف سیستم نرم‌افزاری که برای تعامل طراحی شده‌اند، به‌درستی کار می‌کنند یا خیر.
- آزمایش عملکردی بررسی می‌کند که آیا سیستم نرم‌افزاری الزامات نرم‌افزاری که قبل از ساخت مشخص شده‌اند را درست طی می‌کند یا خیر.
- آزمایش عملکردی بررسی می‌کند که آیا نرم‌افزار به الزامات عملکرد مورد انتظار، مانند سرعت و اندازه حافظه، پاسخ می‌دهد یا خیر.
- آزمایش پذیرش زمانی است که نرم‌افزار به‌صورت دستی توسط ذی‌نفعان یا گروه‌های کاربری آزمایش می‌شود تا بررسی شود که آیا مطابق با انتظارات آن‌ها عمل می‌کند یا خیر.
- آزمایش امنیتی، عملکرد نرم‌افزار را در مقابل آسیب‌پذیری‌ها و تهدیدات شناخته شده بررسی می‌کند که شامل تجزیه و تحلیل سطح تهدید، از جمله نقاط ورود واسط به نرم‌افزار است.
- این روش‌های آزمایشی معمولاً به ابزارهای تخصصی و فرایندهای مستقل برای بررسی نرم‌افزار نیاز دارند. بسیاری از آن‌ها نیز پس از توسعه عملکرد اصلی برنامه انجام می‌شوند.
هر بار که کدی ساخته می‌شود، آزمایش‌های واحد اجرا می‌شوند. این آزمایش‌ها می‌توانند به‌محض نوشتن کد نوشته شده و نیازی به ابزارهای خاصی برای اجرا ندارند. آزمایش واحد یکی از ابتدایی‌ترین انواع آزمایش نرم‌افزار به شمار می‌رود.
