advertorial der autor Warum lohnen sich häufige Tests? Konstantin Diener

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1 der autor Kostati Dieer ist Leadig Cosultat bei der Cofipro AG. Er beschäftigt sich seit über zeh Jahre mit Softwarearchitektur ud sei Iteresse gilt allem, was IT ud Fachabteiluge flexibel ud produktiv macht (Groovy, Drools, Scrum, Kaba, DevOps, fachliche Akzeptaztestverfahre). Modellbasierte Fachtests Test-Drive Developmet für Domäeexperte I viele Projekte sid mauelle Akzeptaztests durch die Fachexperte Realität. Aufgrud des hohe Aufwads werde diese Tests sehr selte ud eher spät im Etwicklugszyklus ausgeführt. Spätes ud seltees Feedback führt jedoch uweigerlich zu Abweichuge gegeüber de Aforderuge. Ei modellbasiertes Werkzeug uterstützt demgegeüber de Fachexperte bei der Beschreibug automatisierbarer Testfälle i seier Sprache. Die Etwickler köe diese Testfälle kotiuierlich ausführe ud auf dieser Basis akzeptaztestgetriebe etwickel. Software etsteht durch eie Übersetzugsprozess fuktioaler Aforderuge i eie techische Implemetierug. Währed der Etstehug versuche die Softwareetwickler, die Fachdomäe der zuküftige Aweder ud die aus dieser Domäe etstehede Aforderuge möglichst gut zu verstehe. Ob die Domäe ud die Aforderuge richtig verstade worde sid, lässt sich am effektivste ermittel, idem die Soft - wareetwickler Was wir verstade habe i Form vo fuktiosfähiger Soft - ware vorstelle ud die zuküftige Aweder ihe ahad dieser Software Feedback gebe. I der Softwareetwicklug verhält es sich aalog. Ob die Domäe ud die Aforderuge richtig verstade ud umgesetzt wurde, lässt sich am Beste durch Tests ermittel. Diese Übugsaufgabe für die Software werde durch die Domäeexperte (also die spätere A - weder) defiiert ud kofrotiere die Software mit reale Problemstelluge. Beim Erlere eier Sprache ist es ützlich, we der Lererfolg kotiuierlich i Form vo Tests beziehugsweise Übugsaufgabe geprüft wird. Je läger sich etwas Falsches oder falsch Verstadees beim Schüler maifestiert, umso schwerer wird die Korrektur des Wisses. Cotiuous Itegratio (CI) [Fowl06] überträgt diese Erketis auf die Softwareetwicklug, idem die Softwareetwickler Tests für eie Awedug defiiere, die im Idealfall bei jeder Äderug am Quellcode ausgeführt werde. Die Metapher der kotiuierliche Warum lohe sich häufige Tests? Die Situatio der Softwareetwickler ist vergleichbar mit der vo Schüler oder Erwachsee, die beispielsweise eie eue Fremdsprache lere. Auch diese Persoe sid auf Feedback derjeige agewiese, die ihe die Sprache beibrige. Damit das Feedback objektiv ud achvollziehbar ist, wird der Lererfolg i Form vo Tests ermittelt. Die Schüler sehe a de Er - gebisse der Tests sofort Defizite ud köe die Tests im Idealfall auch im Selbst - studium wiederhole ( Übugsaufgabe ). Abb. 1: Eiordug vo Softwaretests 1

2 Olie-Themespecial Testig 2014 advertorial Checkliste strukturiere Die Checkliste der Domäeexperte bestehe aus eizele Ausführugs- ud Prüfschritte. Diese Schritte sid i der Regel i Form vo Fließtext beschriebe: Lege ei leeres Wertpapierdepot a Erwirb 20 deutsche Aktie zu je 2,00 Euro Verkaufe 10 Stück zu je 4,00 Euro Prüfe, ob sich och 10 Stück im Depot befide Prüfe, ob 20 Euro Gewi etstade sid Abb. 2: Strukturiertere Testfallbeschreibug Übugsaufgabe führt och zu eier weitere Erketis im Kotext der Software - etwicklug. Je läger der Zeitraum ist, i dem eie Software etsteht ud keie Tests vorliege, desto schwieriger ud teurer wird eie spätere Korrektur. Test-Drive Developmet (TDD) [Beck02] greift diese Pukt auf. Beim TDD werde erst die Tests ud da die Software erstellt. Die beide Asätze CI ud TDD habe allerdigs de Nachteil, dass die Testfälle icht durch die Domäeexperte selbst, soder durch die Softwareetwickler defiiert werde. Warum teste die Domäeexperte selte? Übertrage auf die Metapher des Sprach - schülers bedeutet dieses Vorgehe, dass die Schüler selbst die Übugsaufgabe defiiere. Da sich das Erlerte aller Schüler ergäzt, etstehe bessere Resultate, als we ur ei Schüler sich selbst teste würde. Sie ersetze aber icht die Tests der Experte, also der Lehrer. Die spätere Nutzer eier Awedug sid Experte i der Domäe ud köe am beste etscheide, ob die umgesetzte Aforderuge i Form vo Software korrekt umgesetzt wurde. Tests aus der Awederperspektive werde i der Regel allerdigs erst sehr spät im Etwicklugs - zyklus eier Software defiiert ud zudem ur ei- bis zweimal ausgeführt. Diese Phase wird oft als Akzeptaz- oder Abah - metest bezeichet. Warum erfolgt die Ausführug dieser offesichtlich wertvolle Testfälle so spät ud so selte? Zum Verstädis hilft es, sich die Tests etwas geauer azusehe. I de meiste Fälle hadelt es sich bei de Testfälle um Checkliste, die vo Domäeexperte für Domäeexperte i dere Sprache erstellt ud mauell durchgeführt werde. Diese mauelle Tätigkeite sid sehr aufwedig ud passiere deshalb möglichst selte. Erschwered kommt oft hizu, dass die Software de Experte erst recht spät ud vollstädig zum Test zur Verfügug gestellt wird. Abbildug 1 zeigt die zwei Welte der Softwaretests. Um kotiuierliches, qualitativ hochwertiges Feedback für die Softwareetwicklug zu erhalte, müsste ei Testvorgehe im Quadrate rechts obe agesiedelt sei ud die Ihalte der Domäeexperte sowie die Automati - sierugstechologie zusammebrige. Zu diesem Zweck müsse zum eie die Checkliste strukturiert werde ud zum adere muss die Automatisierugs tech - ologie die Fachsprache überehme. Abb. 3: Modelle für Testdate Für eie Mesche, der über das etsprechede Domäewisse verfügt, ist diese Be - schreibug verstädlich, für eie maschielle Ausführug jedoch zu weig strukturiert. Durch Methode aus dem Behaviour- Drive Developmet [DaN] lässt sich das Beispiel i eiem erste Schritt wie i Abbildug 2 strukturiere. Damit gliedert sich die Beschreibug i drei Blöcke: Eigagsdate ud Vorbe - diguge, Ablauf ud erwartetes Ergebis beziehugsweise Nachbedi - gug. I alle drei Blöcke werde Be - griffe verwedet, die dem Domäe exper - te geläufig sid ud für die maschielle Ausführug äher defiiert werde müsse. Bei de Begriffe hadelt es sich zum eie um Testdate (wie leeres Wert - papierdepot, deutsche Aktie usw.) ud zum adere um Aktioe (wie Erwerbe oder Veräußer). Testdate Damit ei Computerprogramm mit de Testfälle umgehe ka, müsse vorab die Ebee Struktur (Sytax) ud Ihalt (Sematik) dieser Date defiiert sei. Auf Olie-Themespecial Testig

3 der sematische Ebee wird das Prizip der Äquivalezklasse agewedet. Als Beispiel soll die i der Checkliste verwedete deutsche Aktie diee. Das Substativ Aktie ist der Eistieg i die strukturelle Beschreibug der Testdate. Die Domäeexperte defiiere, welche Datefelder im Bezug auf eie Aktie für ihre Test relevat sid. I diesem Beispiel solle alle Aktie-Testdate gleich aufgebaut sei ud bilde somit das Schema vo Aktie durch Festlegug i Form vo Eie Aktie besteht immer aus... : ISIN/ WKN Name Herkuftslad der Aktie Sollte es im Hiblick auf de Test verschiedee Arte vo Aktie gebe, bilde die Experte etsprechede Äquivalezklasse. So köte es sei, dass Wert papier - depots vo Privatpersoe ud istitutioelle Aleger gemeisame Merkmale besitze, aber auch jeweils Spezifika. Die Strukturdefiitio für Testdate lässt sich mit der Defiitio vo Klasse i objektorietierte Programmiersprache (oder bspw. struct i C) vergleiche. Die verschiedee Arte vo Depots lasse sich über eie Vererbugsmechaismus modelliere (siehe Abbildug 3). deutsche Aktie US-Aktie sostige Aktie ISIN DE000CBK1001 US CH WKN CBK A0Q4DC Name dt. Beispielaktie US-Beispielaktie sost. Beispielaktie Herkuftslad Budesrepublik USA Schweiz Deutschlad Tab. 1: Testdatevorlage für die drei Äquivalezklasse Abb. 4: Aufbau des fiktive Softwaresystems Zur Verwedug der Testdate i eiem automatisierte Test fehle och die eigetliche Ihalte. Für dere Festlegug bilde die Domäeexperte etsprechede Äquivalezklasse. Am Adjektiv deutsche ist erkebar, dass im vorgestellte fiktive Beispiel das Herkuftslad der Aktie eie Auswirkug auf die Abrechug der beide Aktioe (Erwerb, Veräußerug) habe soll; für deutsche Aktie ud US- Aktie solle spezielle Abrechugsver fah - re gelte ud für alle adere ei Stadardverfahre. Die Experte defiiere deutsche Aktie, US-Aktie ud sostige Aktie als Äquivalezklasse. Alle übrige Herkuftsläder werde i der Kategorie sostige Aktie zusammegefasst, da i diese Fälle das kokrete Lad keie Eifluss auf die Testergebisse hätte. Für jede Äquivalezklasse legt der Experte eie Testdatevorlage a (siehe Tabelle 1). Übertrage auf die objektorietierte Programmiersprache sid die ihaltliche Äquivalezklasse mit Objekte - also Istaze vo Klasse - vergleichbar. Aktioe Die strukturierte Form der Testfall - beschreibug aus Abbildug 2 ethält die zwei Aktioe Erwerbe ud Ver - äußer. Beide Aktioe sid mit jeweils vier Parameter versehe: Depot, Aktie, Stücke ud Kurs. Damit die fachliche Testfälle automatisiert ausgeführt werde köe, defiiert der Domäeexperte die otwedige Aktioe ach dem folgede Schema: Name der Aktio für jede Parameter: Name ud Schema (Aktie, Wertpapierdepot,...) Der Umstad, dass die Parameter der Aktioe fachlich typisiert sid ud als Typ ausschließlich zuvor defiierte Schemata verwedet werde köe, ermöglicht eie strikte sytaktische Kosistezprüfug. Diese Prüfug ist für eie automatisierte Ausführug uerlässlich. Die Software ka ur verarbeite, was ihr vorab strukturiert bekat ge - macht wurde. Die Aktiosdefiitioe sid vergleichbar mit Fuktiosprototype i C oder de Methode eies Java Iterfaces. Es hadelt sich lediglich um die Sigatur eier Fuktio, dere Implemetierug später behadelt wird. Für die Testdate wurde jeweils der Bezug zu Kostrukte aus der objektorietierte Programmierug hergestellt. Um diese Aalogie für die Aktioe fortzusetze, würde der erste Parameter aus dem Beispiel ausgelasse ud die Aktioe stattdesse Methode der Aktie. Diese Art der Modellierug hat sich aber für die Domäeexperte als weiger ituitiv herausgestellt, weshalb die eher prozedurale Form beibehalte wurde. Testfälle We die Testdatevorlage ud die Ak - tiosdefiitioe vorliege, köte der Domäeexperte ach dem Baukaste - prizip die kokrete Testfälle zusammestelle. Der Ablauf des Testfalls (der ursprügliche Checkliste) wird Schritt für Schritt aus de zur Verfügug stehede Aktioe aufgebaut ud mit de Testdatevorlage parametrisiert. Für das Beispiel sieht das wie folgt aus: 1. Wertpapierdepot alege (Privat ku - de depot) 2. Erwerbe (Privatkudedepot, deutsche Aktie, 20 Stück, 2 Euro/Stück) 3. Veräußer (Privatkudedepot, deutsche Aktie, 10 Stück, 4 Euro/Stück) 4. Aktiebestad prüfe (Privatku - dedepot, deutsche Aktie, 10 Stück) 3

4 Olie-Themespecial Testig 2014 advertorial Ziel security_isi security_code security_shortame Ausdruck Aktie.ISIN Aktie.WKN Aktie.Name Aktioe zusammegestellt, die bislag ausschließlich Sigature der Fuk - tioe sid. Für die Testausführug werde sie implemetiert. Im vorgestellte Beispiel bietet es sich a, icht jede der Aktioe separat zu implemetiere, soder über zwei beziehugsweise drei geerische Implemetieruge: security_coutry_code lookup(aktie.herkuftslad, COUNTRY_TABLE) delivery_status 1 delivery_date NOW Schreibe i eie Datebaktabelle Aufruf eies Webservice zum Schreibe vo Date Aufruf eies Webservice zum Lese vo Date Tab. 2: Beispiel für ei Testdate-Mappig 5. Gewi prüfe (Privatkudedepot, 20 Euro) I de Schritte 4 ud 5 ist zu sehe, dass die Defiitio ud Prüfug vo erwartete Ergebisse (Struktur, Ihalte) aalog zur Defiitio der Testdate erfolgt. Ebeso wird mit der Alage der Eigagsdate verfahre. Allerdigs hat das Erstelle vo Testdate - vorlage aktuell eie sehr techische Form, die sich bei de Do mäeexperte i der praktische Nutzug icht bewährt hat. Im Folgede wird a eiem durchgägige Beispiel dargestellt, wie ei modellbasiertes Testwerkzeug zur Erstellug ud Ausfüh - rug vo Testfälle aussehe ka. Fachsprache überehme Im erste Schritt wurde die Checkliste i eie strukturierte Form überführt, die sich für eie automatisierte Ausführug eiget. Bislag hadelt es sich aber och lediglich um eie Beschreibug der Testfälle. Im zweite Schritt wird dieser Beschreibug Lebe eigehaucht. Dieser Vorgag wird ahad des i Abbildug 4 dargestellte fiktive Softwaresystems beschriebe; eiem System zur Verarbeitug vo Wert - papiergeschäfte. Das System hat eie datebakbasierte Lieferschittstelle für die (Stamm-)Date der Wertpapiere ud Webservice-Schitt - stelle zum Alege vo Wertpapierdepots, zum Tätige vo Geschäfte sowie zur Abfrage vo Bestäde ud Gewie. Testdate Ei techisches Mappig brigt die Test - datevorlage ud die Datestrukture der Awedug zusamme. Tabelle 2 ist ei Beispiel für ei solches Mappig zu etehme. Das Mappig leitet die Iformatioe für eie gültige Datesatz i der Eigagsdatebak aus der Struktur der Aktie ab. Fixe Werte - wie für de techische Lieferstatus - oder komplexere Mappig-Fuktioe - wie zur Auflösug des Läderkürzels - sid ebefalls möglich. I der Regel etsteht zu diesem Zweck eie passede domäespezifische Sprache (DSL). Aktioe Das Mappig der Date bildet die Vorbereitug für de Schritt, de Testfälle Lebe eizuhauche. Die Ablaufbe schrei - bug des Testfalls ist aus eier Reihe vo Die fachliche Aktiosdefiitioe werde mit diese geerische Implemetieruge über eie Kofiguratio verküpft. Jeder dieser Schritte beihaltet die Ausführug des Mappigs. Modellbasierter Asatz Der vorgestellte Asatz zur Defiitio fachlicher Akzeptaztests ist zuächst eimal ichts grudleged Neues. Bestehede Frameworks wie Fitess [Fit] oder Robot [Robo] basiere auf ähliche Prizipie. Alle diese Frameworks beutze allerdigs eie text- oder Skript-basierte Asatz für die Erstellug vo Testfälle. Die Domäeexperte müsse zum eie die passede Sprache erlere. Zum ade- Abb. 5: Pflegemaske für Testdate Olie-Themespecial Testig

5 Abb. 6: Pflegemaske für Testfälle re führe textbasierte Asätze immer wieder zu sytaktische Fehler i de Test - fallbeschreibuge. Sytaktische Fehler lasse sich weitgehed reduziere, we die Erstellug der Testdate, Aktioe ud auch der Testfälle komplett modellbasiert erfolgt ud die Pflege über etsprechede Beutzermaske durchgeführt wird. I Abbildug 5 ist dieses Prizip ahad der Pflegemaske für Testdate dargestellt. Die Zeile der Pflegetabelle werde aus der Struktur der Aktie abgeleitet. Der Domäe experte sieht alle relevate Attribute. Beim Speicher wird überprüft, ob der Beutzer alle Attribute mit Werte belegt hat. Noch deutlicher wird das Vorgehe a der Maske für die Erstellug vo Testfälle (siehe Abbildug 6). Der Beutzer ka seie Testfall aus eiem fachliche Bau - kaste system zusammestelle. Auf der like Seite der Maske fidet er alle zur Verfügug stehede Aktioe ud Test - date. Der Testfall wird bequem im Etwurfsbereich i der Mitte per Drag& Drop zusammegestellt ud kofiguriert. Da die Aktiosparameter typisiert sid, ka die Pflegemaske Falscheigabe verhider. Es ist beispielsweise icht möglich, eie Aktie a eier Stelle zu verwede, a der ei Wertpapierdepot sivoll wäre. Fazit I weige Projekte existiere automatisiert ausführbare fachliche Akzeptaztests, wodurch wertvolles Feedback für die Softwareetwickler verlore geht. Die Domäeexperte utze die Möglich - keite der Testautomatisierug icht, soder führe ihre Tests i der Regel mit Literatur & Liks hohem Aufwad mauell aus, da ihe die gägige Automatisierugswerkzeuge icht eigägig geug sid ud der Auf - wad zum Erlere eier eue Sprache zu fehlerafällig ud zeitaufwedig ist. Durch die Verwedug eies modellbasierte Testasatzes erhalte die Experte ei Werkzeug, dem sie ihre eigee Domäesprache beibrige köe; sie müsse keie fremde, techische Sprache erlere, soder köe tool-gestützt Testfälle ud -läufe defiiere ud ausführe. Gleichzeitig sid die Modelle im Gegesatz zu de gägige fachliche Testbeschreibuge strukturiert. Diese Eigeschaft erlaubt zum eie eie Automatisierug der Tests. Zum adere wird der fachliche Beutzer bei der Er - stellug vo Testfälle uterstützt, sodass sytaktische Fehler direkt vermiede werde köe. Cofipro hat für eie Kude aus der Fiazdiestleistugsbrache bereits eie solche Testplattform etwickelt, mit der Tests für verschiedee Wertpapiersysteme durchgeführt werde. Hierbei zeigte sich zum eie der Nutze der Automatisierug durch schelle Reproduzierbarkeit der Testergebisse. Zum adere stellte sich heraus, dass durch die Erstellug der Testdatevorlage auch eie Arbeitsteilug zwische de verschiedee Fachtester möglich ist. So etstade Experte für Teildomäe wie Kudestammdate, dere Testdatevorlage da vo ihre Kollege verwedet werde köe - ohe, dass sie über dasselbe Detailwisse verfüge. [Beck02] K. Beck, Test-Drive Developmet. ByExample, Addiso-Wesley, 2002 [DaN] Da North & Associates, Itroducio BDD, siehe: [Fit] [Fowl06] [Robo] 5