針對生產資料庫系統進行測試

發行項
09/12/2023

在此頁面中，我們會討論撰寫自動化測試的技術，這些測試牽涉到應用程式在生產環境中執行的資料庫系統。替代測試方法存在，其中生產資料庫系統會由測試雙精度浮點數交換;如需詳細資訊，請參閱測試概觀頁面。請注意，測試與生產環境中使用的資料庫不同（例如 Sqlite）並未在此涵蓋，因為不同的資料庫會作為測試雙精度浮點數;此方法涵蓋在測試中，而不需要生產資料庫系統。

涉及實際資料庫之測試的主要障礙是確保適當的測試隔離，讓平行執行的測試（甚至序列中）不會互相干擾。您可以在這裡檢視下列的完整範例程式碼。

提示

此頁面顯示 xUnit 技術，但其他測試架構中也有類似的概念，包括 NUnit 。

設定資料庫系統

現在大部分的資料庫系統都可以在 CI 環境和開發人員電腦上輕鬆安裝。雖然透過一般安裝機制安裝資料庫通常很容易，但現成可用的 Docker 映射適用于大多數主要資料庫，而且可在 CI 中特別容易安裝。針對開發人員環境 GitHub 工作區，開發容器可以設定所有必要的服務和相依性，包括資料庫。雖然這需要對設定進行初始投資，但一旦完成，您就擁有工作測試環境，而且可以專注于更重要的事情。

在某些情況下，資料庫會有特殊版本或版本，有助於測試。使用 SQL Server 時， LocalDB 可以用來在本機執行測試，幾乎完全沒有設定，視需要啟動資料庫實例，並可能節省較不強大的開發人員機器上的資源。不過，LocalDB 沒有問題：

它無法提供 SQL Server Developer Edition 的所有支援。
它只能在 Windows 上使用。
啟動服務時，可能會造成第一個測試回合延遲。

我們通常建議安裝 SQL Server Developer 版本，而不是 LocalDB，因為它提供完整的 SQL Server 功能集，而且通常很容易做到。

使用雲端資料庫時，通常適合針對資料庫的本機版本進行測試，以提升速度和降低成本。例如，在生產環境中使用 SQL Azure 時，您可以針對本機安裝的 SQL Server 進行測試 - 這兩者非常類似（雖然在進入生產環境之前，對 SQL Azure 本身執行測試仍然明智）。使用 Azure Cosmos DB 時， Azure Cosmos DB 模擬器是本機開發及執行測試的公用程式。

建立、植入和管理測試資料庫

安裝資料庫之後，您就可以開始在測試中使用資料庫。在大部分的簡單案例中，您的測試套件有單一資料庫，可在多個測試類別的多個測試之間共用，因此我們需要一些邏輯，以確保在測試回合的存留期內，建立並植入資料庫一次。

使用 Xunit 時，這可以透過類別裝置來完成，此裝置代表資料庫，而且會在多個測試回合之間共用：

public class TestDatabaseFixture
{
    private const string ConnectionString = @"Server=(localdb)\mssqllocaldb;Database=EFTestSample;Trusted_Connection=True";

    private static readonly object _lock = new();
    private static bool _databaseInitialized;

    public TestDatabaseFixture()
    {
        lock (_lock)
        {
            if (!_databaseInitialized)
            {
                using (var context = CreateContext())
                {
                    context.Database.EnsureDeleted();
                    context.Database.EnsureCreated();

                    context.AddRange(
                        new Blog { Name = "Blog1", Url = "http://blog1.com" },
                        new Blog { Name = "Blog2", Url = "http://blog2.com" });
                    context.SaveChanges();
                }

                _databaseInitialized = true;
            }
        }
    }

    public BloggingContext CreateContext()
        => new BloggingContext(
            new DbContextOptionsBuilder<BloggingContext>()
                .UseSqlServer(ConnectionString)
                .Options);
}

當上述裝置具現化時，它會使用 EnsureDeleted() 卸載資料庫（以防先前執行存在），然後使用 EnsureCreated() 最新的模型組態建立它（請參閱這些 API 的檔）。建立資料庫之後，裝置會植入一些測試可以使用的資料。值得花一些時間思考種子資料，因為稍後變更新的測試可能會導致現有的測試失敗。

若要在測試類別中使用裝置，只要透過您的裝置類型實 IClassFixture 作，xUnit 就會將它插入您的建構函式：

public class BloggingControllerTest : IClassFixture<TestDatabaseFixture>
{
    public BloggingControllerTest(TestDatabaseFixture fixture)
        => Fixture = fixture;

    public TestDatabaseFixture Fixture { get; }

您的測試類別現在具有 Fixture 屬性，可供測試用來建立功能完整的內容實例：

[Fact]
public void GetBlog()
{
    using var context = Fixture.CreateContext();
    var controller = new BloggingController(context);

    var blog = controller.GetBlog("Blog2").Value;

    Assert.Equal("http://blog2.com", blog.Url);
}

最後，您可能已經注意到上述裝置的建立邏輯中有一些鎖定。如果裝置只用于單一測試類別，則保證由 xUnit 完全具現化一次;但在多個測試類別中，通常會使用相同的資料庫裝置。 xUnit 確實提供收集裝置，但該機制會防止測試類別平行執行，這對測試效能很重要。若要使用 xUnit 類別裝置安全地管理此功能，我們會對資料庫建立和植入採取簡單的鎖定，並使用靜態旗標來確保我們永遠不需要執行兩次。

測試修改資料

上述範例顯示唯讀測試，這是測試隔離觀點的簡單案例：因為沒有任何修改，因此無法測試干擾。相反地，測試哪些修改資料比較有問題，因為它們可能會互相干擾。隔離撰寫測試的一個常見技巧是將測試包裝在交易中，並在測試結束時復原該交易。由於實際上不會認可任何資料庫，因此不會避免其他測試看到任何修改和干擾。

以下是將部落格新增至資料庫的控制器方法：

[HttpPost]
public ActionResult AddBlog(string name, string url)
{
    _context.Blogs.Add(new Blog { Name = name, Url = url });
    _context.SaveChanges();

    return Ok();
}

我們可以使用下列專案來測試此方法：

[Fact]
public void AddBlog()
{
    using var context = Fixture.CreateContext();
    context.Database.BeginTransaction();

    var controller = new BloggingController(context);
    controller.AddBlog("Blog3", "http://blog3.com");

    context.ChangeTracker.Clear();

    var blog = context.Blogs.Single(b => b.Name == "Blog3");
    Assert.Equal("http://blog3.com", blog.Url);

}

上述測試程式碼的一些注意事項：

我們會開始交易，以確保下列變更未認可至資料庫，且不會干擾其他測試。由於永遠不會認可交易，所以在處置內容實例時，會在測試結束時隱含回復。
進行我們想要的更新之後，我們會使用清除內容實例的變更追蹤器 ChangeTracker.Clear ，以確保我們確實從下列資料庫載入部落格。我們可以改用兩個內容實例，但我們必須確定這兩個實例使用相同的交易。
您甚至可以想要在裝置 CreateContext 的中啟動交易，讓測試接收已經在交易中的內容實例，並準備好進行更新。這有助於防止意外忘記交易的情況，導致測試干擾，而可能難以偵錯。您也可以在不同的測試類別中分隔唯讀和寫入測試。

測試如何明確管理交易

有一個最終的測試類別，其中呈現額外的困難：測試會修改資料，同時明確管理交易。因為資料庫通常不支援巢狀交易，所以無法如上所示使用交易進行隔離，因為它們需要由實際的產品名稱使用。雖然這些測試通常比較罕見，但必須以特殊方式處理它們：您必須在每次測試之後清除資料庫的原始狀態，而且必須停用平行處理，讓這些測試不會互相干擾。

讓我們檢查下列控制器方法作為範例：

[HttpPost]
public ActionResult UpdateBlogUrl(string name, string url)
{
    // Note: it isn't usually necessary to start a transaction for updating. This is done here for illustration purposes only.
    using var transaction = _context.Database.BeginTransaction(IsolationLevel.Serializable);

    var blog = _context.Blogs.FirstOrDefault(b => b.Name == name);
    if (blog is null)
    {
        return NotFound();
    }

    blog.Url = url;
    _context.SaveChanges();

    transaction.Commit();
    return Ok();
}

假設基於某些原因，此方法需要使用可序列化的交易（這通常不是這種情況）。因此，我們無法使用交易來保證測試隔離。由於測試實際上會將變更認可至資料庫，因此我們會使用自己的個別資料庫來定義另一個裝置，以確保我們不會干擾上面已顯示的其他測試：

public class TransactionalTestDatabaseFixture
{
    private const string ConnectionString = @"Server=(localdb)\mssqllocaldb;Database=EFTransactionalTestSample;Trusted_Connection=True";

    public BloggingContext CreateContext()
        => new BloggingContext(
            new DbContextOptionsBuilder<BloggingContext>()
                .UseSqlServer(ConnectionString)
                .Options);

    public TransactionalTestDatabaseFixture()
    {
        using var context = CreateContext();
        context.Database.EnsureDeleted();
        context.Database.EnsureCreated();

        Cleanup();
    }

    public void Cleanup()
    {
        using var context = CreateContext();

        context.Blogs.RemoveRange(context.Blogs);

        context.AddRange(
            new Blog { Name = "Blog1", Url = "http://blog1.com" },
            new Blog { Name = "Blog2", Url = "http://blog2.com" });
        context.SaveChanges();
    }
}

此裝置與上述裝置類似，但值得注意的是包含 Cleanup 方法;我們會在每次測試之後呼叫此裝置，以確保資料庫重設為其起始狀態。

如果這個裝置只供單一測試類別使用，我們可以將它當做上述類別裝置來參考 -xUnit 不會在同一類別內平行處理測試（深入瞭解 xUnit 檔中的測試集合和平行處理）。不過，如果我們想要在多個類別之間共用此裝置，我們必須確定這些類別不會平行執行，以避免任何干擾。若要這樣做，我們將使用此裝置作為 xUnit 集合裝置，而不是作為類別裝置。

首先，我們會定義 測試集合，該集合 會參考我們的裝置，並將供所有需要它的交易式測試類別使用：

[CollectionDefinition("TransactionalTests")]
public class TransactionalTestsCollection : ICollectionFixture<TransactionalTestDatabaseFixture>
{
}

我們現在參考測試類別中的測試集合，並接受建構函式中的裝置，如下所示：

[Collection("TransactionalTests")]
public class TransactionalBloggingControllerTest : IDisposable
{
    public TransactionalBloggingControllerTest(TransactionalTestDatabaseFixture fixture)
        => Fixture = fixture;

    public TransactionalTestDatabaseFixture Fixture { get; }

最後，我們會讓測試類別可處置，並安排在每次測試之後呼叫裝置 Cleanup 的方法：

public void Dispose()
    => Fixture.Cleanup();

請注意，由於 xUnit 只會具現化集合裝置一次，因此我們不需要像上述那樣使用鎖定資料庫建立和植入。

您可以在這裡檢視上述的完整範例程式碼。

提示

如果您有多個測試類別與修改資料庫的測試，您仍然可以使用不同的裝置平行執行它們，每個都參考自己的資料庫。建立及使用許多測試資料庫並無問題，而且應該在一切有説明時完成。

有效率的資料庫建立

在上述範例中，我們使用 EnsureDeleted() 和執行 EnsureCreated() 測試之前，確定我們有最新的測試資料庫。某些資料庫中的這些作業可能會有點慢，當您逐一查看程式碼變更並重複執行測試時，可能會發生問題。如果是這種情況，您可能會想要在裝置的建構函式中暫時批註化 EnsureDeleted ：這會在測試回合之間重複使用相同的資料庫。

這種方法的缺點是，如果您變更 EF Core 模型，您的資料庫架構將不會是最新的，而且測試可能會失敗。因此，我們只建議您在開發週期期間暫時執行這項操作。

有效率的資料庫清除

我們上面看到，當變更實際認可至資料庫時，我們必須在每個測試之間清除資料庫，以避免干擾。在上述交易測試範例中，我們使用 EF Core API 來刪除資料表的內容來執行這項作業：

using var context = CreateContext();

context.Blogs.RemoveRange(context.Blogs);

context.AddRange(
    new Blog { Name = "Blog1", Url = "http://blog1.com" },
    new Blog { Name = "Blog2", Url = "http://blog2.com" });
context.SaveChanges();

這通常不是清除資料表最有效率的方式。如果測試速度是個問題，您可能想要改用未經處理的 SQL 來刪除資料表：

DELETE FROM [Blogs];

您也可以考慮使用重新寄出套件，以有效率地清除資料庫。此外，您不需要指定要清除的資料表，因此不需要更新清除程式碼，因為資料表會新增至模型。

摘要

針對實際資料庫進行測試時，值得區分下列測試類別：
- 唯讀測試相當簡單，而且一律可以針對相同的資料庫平行執行，而不必擔心隔離。
- 寫入測試比較有問題，但交易可用來確定它們已正確隔離。
- 交易式測試最有問題，需要邏輯將資料庫重設為其原始狀態，以及停用平行處理。
將這些測試類別分成不同的類別，可能會避免測試之間的混淆和意外干擾。
請為植入的測試資料提供一些預先思考，並嘗試以在種子資料變更時不會太常中斷的方式撰寫測試。
使用多個資料庫平行處理修改資料庫的測試，也可能允許不同的種子資料組態。
如果測試速度是個問題，您可能想要查看建立測試資料庫的更有效率的技術，以及在執行之間清除其資料。
請務必記住測試平行處理和隔離。