Test-Driven Developement Eine Einführung

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1 Test-Driven Developement Eine Einführung 2007 by Tobias Hagen Im Rahmen der Veranstaltung Aktuelle Themen der Informatik bei Prof. Dr. Friedbert Kaspar Hochschule Furtwangen University

2 Übersicht Einführung... 3 Herkunft... 3 Zweck... 3 Prinzipien... 3 Vorgehensweise... 3 Design... 3 Unit Tests... 4 Wozu dient ein Unit Test?... 4 Testentwurf... 4 Iteration... 4 Testumfang... 4 Todsünden... 5 TDD in der Praxis... 5 Vorgehensweise... 5 Fazit... 6 Quellen

3 Einführung Test-Driven Development (TDD) ist eine relativ junge und wenig verbreitete Methode in der Softwareentwicklung. Bei dieser Methode werden die Tests vor den zu testenden Komponenten entwickelt. Statt der klassischen White-Box-Tests werden Grey-Box-Tests durchgeführt. In der klassischen Softwareentwicklung werden Tests erst nach oder parallel zur Software entwickelt. Dabei kann es passieren, dass die Tests nicht umfassend genug sind oder Fehler umgehen. Im Folgenden wird die Methode des TDD erläutert. Herkunft TDD gehört zu den Methoden des extreme programming, einem flexiblen Vorgehensmodell der Softwareentwicklung, das sich den Anforderungen an das System unter Einsatz von kleinen Feedbackschleifen langsam nähert. Die Methode wurde von Kent Beck, Ward Cunningham und Ron Jeffries während ihrer Arbeit in einem Projekt bei Chrysler ( ) entwickelt. Zweck Tests dienen immer der Qualitätssicherung. Die Methode des Tests-First führt zu Evolutionärem Design, da jeder Test den nächsten Schritt der Entwicklung bestimmt. Die Tests dienen auch zur Schnittstellendefinition, da TDD ein streng modulares Softwaredesign erfordert. Prinzipien Das Ziel ist es nicht alleine, zu testen, sondern das Design zu verbessern, um die Anforderungen an die Software zu erfüllen. Das Mantra des TDD lautet Red / Green / Refactor (siehe Iteration ); es wird nur dann neuer Code geschrieben, wenn ein Test fehlschlägt. Weiterhin müssen immer alle nachgeschalteten Tests durchgeführt werden. Vorgehensweise Design TDD stellt eine Kombination der Ansätze Top-Down - und Bottom-Up -Entwicklung dar. Beim TDD wird zunächst das grobe Design der Software festgelegt und ein sinnvoller Startpunkt für die Entwicklung gewählt. Dann wird zuerst ein Unit-Test geschrieben, bevor der Code geschrieben wird, um den Test erfolgreich durchlaufen zu können. Hierbei stehen Tests und Code im Wechselspiel: Der fehlschlagende Test entscheidet, welcher Code geschrieben werden muß; dies dient der Entwicklung der Programmlogik. Der geschriebene Code entscheidet, welcher Test als nächstes durchgeführt wird; dies dient der Entwicklung des Designs. 3

4 Unit Tests Ein Unit Test testet einen einzelnen Aspekt der Funktionalität. Dieser Test ist schnell, fokussiert, und unabhängig von seiner Umgebung; gegebenenfalls muss unfertige Programmlogik simuliert werden. Diese Tests müssen genauso gut geschrieben sein wie produktiver Code, um effektiv sein zu können. Allerdings können diese Unit Tests Systemtest nicht ersetzen; das Gesamtsystem muß wie gewohnt getestet werden. Wozu dient ein Unit Test? Ein Unit Test stellt eine ausführbare Spezifikation des zu schreibenden Codes dar. Die Anforderungen an den zu testenden Code werden konkret und unmissverständlich im Test spezifiziert. Dies hat die Vorteile, dass die Spezifikation beliebig oft automatisch verifizierbar ist. Die Tests dienen außerdem als synchrone Dokumentation; dadurch wird sichergestellt, dass der Code zeitnah und ausreichend dokumentiert wird, was bei klassischer Softwareentwicklung oft ein nicht zu unterschätzendes Problem darstellt. Testentwurf Die einzelnen Tests werden nach drei einfachen Aspekten erstellt: Was sind die benötigten Inputs für den Test? Wie teste ich die Effekte der Inputs? In welchem Umfeld läuft der Test, d.h. welche Programmteile müssen evtl emuliert werden? Iteration Die eigentliche Entwicklung läuft nach folgendem Schema ab: 1. Als erstes wird der nächste Testfall ausgewählt. Die Auswahl erfolgt nach zwei Kriterien: Ist der Test einfach zu implementieren? Ist der Test der nächste logische Schritt? 2. Dann wird ein Testentwurf geschrieben, der fehlschlagen soll (der Test an sich muß aber bei ausreichendem Code Ergebnisse liefern). 3. Erst jetzt wird Programmcode geschrieben, aber nur soviel, dass die Testumgebung ein negatives Ergebnis liefern kann. 4. Nun wird geprüft, ob der Test fehlschlägt. (Red) 5. Jetzt wird genau soviel Code geschrieben, daß der Test fehlerfrei durchlaufen werden kann. 6. Nun wird erneut getestet; dieser Test sollte fehlerfrei durchlaufen werden. Wenn er dies nicht tut, werden Punkt 5 und 6 so lange wiederholt, bis er fehlerfrei ist. (Green) 7. Am Ende jeder Iteration werden Duplikationen entfernt, sodaß der Code möglichst schlank und modular bleibt. (Refactor) Testumfang Getestet werden muß alles, was einen Fehler in der Software verursachen kann. Normalerweise werden nur Public-Interfaces getestet, da sie alle private Methoden aufrufen sollten. Get- und Set-Methoden werden nicht getestet, ebenso wenig wie die GUI; diese wird im Systemtest erprobt. Da die GUI aber sowieso keine Programmlogik enthalten darf, ist sie sowieso der letzte Teil der Software, der integriert wird. 4

5 Todsünden Es dürfen niemals mehrere fehlschlagende Tests auf einmal bearbeitet werden. Es darf niemals ein neuer Test geschrieben werden, wenn nicht zuvor alle Duplikationen entfernt wurden. Es darf niemals fehlerhafter Code abgegeben werden. TDD in der Praxis Im folgenden wird der Einsatz von TDD an einem praktischen Beispiel betrachtet. Es handelt sich um die Implementierung eines Ticketing-Systems als Webanwendung. Dabei waren zum einen die Webanwendung selbst und zum anderen der Kreditkartenserver zur Bezahlung zu berücksichtigen; der Kreditkartenserver selbst stand zum Testen allerdings nicht zur Verfügung, da es sich um das Produktivsystem der beteiligten Bank handelte. Die Anwendung wurde als Schichtenarchitektur entworfen. Die einzelnen Schichten sind hier Präsentation, Geschäftslogik, Datenhaltungsobjekte sowie Backend- und SSO-Adapter. Es wurde von Anfang an mit TDD gearbeitet. Hierbei wurden konsequent Emulatoren und Adaptern eingesetzt, da Teile des Backends zur Entwicklungszeit nicht zur Verfügung standen. Die fehlenden Komponenten wurden zu Testzwecken emuliert. Der Einsatz des Adapter-Patterns beim Design der Anwendung vereinfachte die Tests enorm und ermöglichten ein problemloses Umschalten zwischen Test- und Produktivumgebung. Vorgehensweise Um TDD sinnvoll durchzuführen, mussten vorab die Testdaten sorgfältig vorbereitet werden, speziell bei den Regressionstests, die einen größeren Teil der Anwendung testen sollten. Zu Beginn wurden ausschließlich Unit Tests unter Einsatz von NUnit für.net durchgeführt. Die Entwickler empfehlen allerdings den Einsatz von JUnit, das flexibler ist. Mit steigendem Realisierungsgrad wurden auch Ablauftests notwendig, die automatisiert mittels eines Capture & Playback-Tools durchgeführt wurden. Der Einsatz dieser Tools ist unumgänglich, da die Masse an Tests nicht mehr von Hand zu bewältigen ist. Sobald viele neuen Features oder Änderungen vorlagen, wurden Regressionstests gefahren, die das Zusammenspiel aller bereits verknüpften Komponenten prüfen sollten. Zu jedem UserControl in der Webanwendung wurde eine ausführliche Testseite erstellt; dies vereinfachte auch die spätere Erstellung des Web-Frontend. Zudem vereinfachte dieses Vorgehen die Tests, die dadurch auch leicht nachvollziehbar waren. Die Testdaten waren unabhängig vom realen Datenbestand, was auch robuste Tests am Datenbank-Adapter erlaubte; einzelne Steuerelemente können sehr früh getestet werden, ohne Rücksicht auf den Datenbestand nehmen zu müssen. 5

6 Fazit Test-Driven Developement ist ein probates Mittel zur Qualitätssicherung im Softwareprojekten. Konsequent angewendet, führt es zu praktisch fehlerfreien Programmen und einer nahezu lückenlosen Dokumentation des erzeugten Code. Weiterhin ist TDD zuverlässig zur Kontrolle des Projektzustands nutzbar, da anhand der laufenden Dokumentation und den durchgeführten Tests Projektfortschritt und Probleme schnell sichtbar werden. TDD ist allerdings eine Technik, die erlernt werden muß; beim Ersteinsatz im Unternehmen muß daher mit einer gewissen Vorlaufzeit gerechnet werden. Damit TDD die gewünschten Ergebnisse liefert, muß diese Technik konsequent und kompromisslos auf das ganze Projekt angewendet werden, einschließlich aller Zulieferer. Wenn diese Vorraussetzung eingehalten wird und TDD mit entsprechender Disziplin bei den Entwicklern durchgeführt wird, ist es praktisch ein Garant für ein funktionierendes Stück Software. Quellen (1) (2) Vortrag: Testgetriebene Softwareentwicklung von Johannes Link (OBJEKTforum, , Basel) (3) Gunjan Doshi - Test-driven development quick reference guide (http://www.gunjandoshi.com/mtarchives/testdrivendevelopmentreferenceguide.pdf) (4) (5) Erfahrungsbericht: Testgetriebene Entwicklung von Web-Anwendungen (Zeitschriftenaufsatz, Objekt Spektrum 2/2005, S ) 6

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