効果的なソフトウェアテスト戦略とテスタブルなコード設計

最近、Software Testingにハマっていまして、今回はテストについて学んだことを説明していきたいと思います。

ソフトウェア開発においてテストは品質を保証する重要な活動です。

テストの階層

1. ユニットテスト（単体テスト）

ユニットテストはソフトウェアテストの基礎を形成します。個々のコード単位（関数、メソッド、クラスなど）を分離された環境でテストすることが目的です。

オブジェクト思考の言語では、クラス単位で行うことが多いでしょう。

主な特徴

最小単位のテストで、開発者が直接実行
実行が早く即時フィードバックが可能
自動化が容易でCI/CDパイプラインへの統合が簡単

注意点

外部依存性はモック（Mock）オブジェクトで代替してテスト
一つのテストは一つの動作のみを検証（単一責任の原則）
FIRSTの原則を遵守
Fast（高速）
Isolated（独立）
Repeatable（反復可能）
Self-validating（自己検証）
Timely（適時）

2. 結合テスト（ITa）

結合テストは複数のモジュールやコンポーネント間の相互作用を検証します。

外部システムやサブシステムがある場合は、ITaとITbに分けて行うこともあります。

主な特徴

実際の外部システムとの統合を検証
データフローとインターフェースの検証に重点
ユニットテストより実行時間が長い

注意点

テスト環境構築の複雑さへの配慮
データベース、外部APIなどの依存関係の管理
テストデータの準備と後片付け（setUp、tearDown）が重要

3. システムテスト

システムテストは全体システムを実際の運用環境に近い条件でテストします。

主な特徴

End-to-Endシナリオの検証
パフォーマンス、セキュリティ、使用性など非機能要件のテストを含む
実際のユーザー視点でのテスト

注意点

テスト環境の運用環境との類似性確保
様々なシナリオとエッジケースの考慮
パフォーマンスと負荷テストの実施

テスト戦略の重要な考慮事項

1. テストピラミッド

テストピラミッドは各テスト層の比重を視覚的に表現したものです。

上記の画像は「https://design-tech.xtone.co.jp/entry/2023/03/24/151555」

下位レベルのテストほど多くのテストケースを作成
上位レベルに行くほどテストコストが増加するため、効率的な配分が必要

2. 自動化戦略

ユニットテストは100%自動化を目標
結合テストは主要シナリオを中心に自動化
システムテストは重要な機能を中心に自動化

3. テスト計画の策定

各段階のテスト範囲と目標を明確に定義
リソースとスケジュールを考慮した現実的な計画立案
リスクベースでテストの優先順位を決定

4. 品質メトリクスの管理

コードカバレッジ
欠陥検出率（DDP）
テスト実行時間
テスト成功率

テストをしやすくするためのコード設計の原則

1. SOLID原則の遵守

SOLID原則に従うことで、自然とテストしやすいコードになります。

wikipedia

単一責任の原則（SRP）の例

// 悪い例
class UserService {
    void createUser() { ... }
    void sendEmail() { ... }
    void calculatePayment() { ... }
}

// 良い例
class UserService {
    void createUser() { ... }
}
class EmailService {
    void sendEmail() { ... }
}
class PaymentService {
    void calculatePayment() { ... }
}

依存性逆転の原則（DIP）の例

// 悪い例
class OrderService {
    private MySQLDatabase database = new MySQLDatabase();
}

// 良い例
interface Database { ... }
class OrderService {
    private Database database;
    OrderService(Database database) {
        this.database = database;
    }
}

2. 依存性注入の活用

依存性注入によりテスト対象クラスを外部依存性から分離できます。

// 悪い例
class UserService {
    private EmailService emailService = new EmailService();

    void register(User user) {
        // 直接生成された依存性によりテストが困難
        emailService.send(user);
    }
}

// 良い例
class UserService {
    private final EmailService emailService;

    UserService(EmailService emailService) {
        this.emailService = emailService;
    }

    void register(User user) {
        // テスト時にMock EmailServiceを注入可能
        emailService.send(user);
    }
}

3. 小さな単位への分割

複雑なロジックを小さな単位に分割することでテストが容易になります。

// 悪い例
void processOrder(Order order) {
    validateOrder(order);
    calculateTotal(order);
    applyDiscount(order);
    saveToDatabase(order);
    sendConfirmation(order);
}

// 良い例
void processOrder(Order order) {
    orderValidator.validate(order);
    orderProcessor.process(order);
    orderRepository.save(order);
    notificationService.notify(order);
}

4. 純粋関数の志向

純粋関数はテストが容易で予測可能です。

// 悪い例
class PriceCalculator {
    private double taxRate;

    double calculatePrice(double price) {
        return price * (1 + taxRate); // 外部状態に依存
    }
}

// 良い例
class PriceCalculator {
    double calculatePrice(double price, double taxRate) {
        return price * (1 + taxRate); // 入力のみに依存
    }
}

5. インターフェースの分離

インターフェースを適切に分離することでモックオブジェクトの作成が容易になります。

// 悪い例
interface UserRepository {
    User findById(Long id);
    void save(User user);
    void sendEmail(User user); // 責任が混在
}

// 良い例
interface UserRepository {
    User findById(Long id);
    void save(User user);
}

interface EmailService {
    void sendEmail(User user);
}

6. 明確な入出力の定義

入力と出力が明確であればテストケースの作成が容易になります。

// 悪い例
class OrderProcessor {
    void process(Order order) {
        // 複数の副作用が隠れている可能性
    }
}

// 良い例
class OrderProcessor {
    OrderResult process(OrderRequest request) {
        // 入力と出力が明確
        return new OrderResult(...);
    }
}

7. 状態と振る舞いの分離

状態と振る舞いを分離することでテストがより明確になります。

// 悪い例
class Order {
    private List<Item> items;
    private double total;

    void calculateTotal() {
        total = items.stream()
                    .mapToDouble(Item::getPrice)
                    .sum();
    }
}

// 良い例
class Order {
    private final List<Item> items;

    double calculateTotal() {
        return items.stream()
                   .mapToDouble(Item::getPrice)
                   .sum();
    }
}

実践例で見るテスタブル設計

主なメリット

テストの分離が容易
モックオブジェクトの使用が簡単
テストケースの作成が単純
メンテナンスが容易

その他の考慮事項

テストコードもプロダクションコードと同様に重要に管理
設計段階からテスタビリティを考慮
レガシーコードは段階的にテスタブルな構造にリファクタリング
循環参照の除去と依存関係グラフの単純化

終わりに

効果的なテスト戦略とテスタブルなコード設計は、ソフトウェアの品質を保証する重要な要素ということはわかりました。

テストピラミッドを考慮したバランスの取れたテスト戦略の策定
SOLID原則に従う設計
依存関係の管理とコードの分離
継続的なリファクタリングと改善

これからは、この観点も考えながら仕事にも適用していこうと考えています。

（最近は、Seleniumにハマっています）

効果的なソフトウェアテスト戦略とテスタブルなコード設計

目次

テストの階層

1. ユニットテスト（単体テスト）

主な特徴

注意点

2. 結合テスト（ITa）

主な特徴

注意点

3. システムテスト

主な特徴

注意点

テスト戦略の重要な考慮事項

1. テストピラミッド

上記の画像は「https://design-tech.xtone.co.jp/entry/2023/03/24/151555」

2. 自動化戦略

3. テスト計画の策定

4. 品質メトリクスの管理

テストをしやすくするためのコード設計の原則

1. SOLID原則の遵守

wikipedia

単一責任の原則（SRP）の例

依存性逆転の原則（DIP）の例

2. 依存性注入の活用

3. 小さな単位への分割

4. 純粋関数の志向

5. インターフェースの分離

6. 明確な入出力の定義

7. 状態と振る舞いの分離

実践例で見るテスタブル設計

主なメリット

その他の考慮事項

終わりに

コメントを残すコメントをキャンセル

目次

テストの階層

1. ユニットテスト（単体テスト）

主な特徴

注意点

2. 結合テスト（ITa）

主な特徴

注意点

3. システムテスト

主な特徴

注意点

テスト戦略の重要な考慮事項

1. テストピラミッド

上記の画像は「https://design-tech.xtone.co.jp/entry/2023/03/24/151555」

2. 自動化戦略

3. テスト計画の策定

4. 品質メトリクスの管理

テストをしやすくするためのコード設計の原則

1. SOLID原則の遵守

wikipedia

単一責任の原則（SRP）の例

依存性逆転の原則（DIP）の例

2. 依存性注入の活用

3. 小さな単位への分割

4. 純粋関数の志向

5. インターフェースの分離

6. 明確な入出力の定義

7. 状態と振る舞いの分離

実践例で見るテスタブル設計

主なメリット

その他の考慮事項

終わりに

コメントを残す コメントをキャンセル

コメントを残すコメントをキャンセル