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浅谈代码覆盖率
https://www.cnblogs.com/coderzh/archive/2009/03/29/1424344.html
代码覆盖率浅谈
在做单元测试时，代码覆盖率常常被拿来作为衡量测试好坏的指标，甚至，用代码覆盖率来考核测试任务完成情况，比如，代码覆盖率必须达到80％或 90％。于是乎，测试人员费尽心思设计案例覆盖代码。用代码覆盖率来衡量，有利也有有弊。本文我们就代码覆盖率展开讨论，也欢迎同学们踊跃评论。
首先，让我们先来了解一下所谓的“代码覆盖率”。我找来了所谓的定义：
代码覆盖率 ＝ 代码的覆盖程度，一种度量方式。
上面简短精悍的文字非常准确的描述了代码覆盖率的含义。而代码覆盖程度的度量方式是有很多种的，这里介绍一下最常用的几种：
1. 语句覆盖(StatementCoverage)
又称行覆盖(LineCoverage)，段覆盖(SegmentCoverage)，基本块覆盖(BasicBlockCoverage)，这是最常用也是最常见的一种覆盖方式，就是度量被测代码中每个可执行语句是否被执行到了。这里说的是“可执行语句”，因此就不会包括像C＋＋的头文件声明，代码注释，空行，等等。非常好理解，只统计能够执行的代码被执行了多少行。需要注意的是，单独一行的花括号｛｝ 也常常被统计进去。语句覆盖常常被人指责为“最弱的覆盖”，它只管覆盖代码中的执行语句，却不考虑各种分支的组合等等。假如你的上司只要求你达到语句覆盖，那么你可以省下很多功夫，但是，换来的确实测试效果的不明显，很难更多地发现代码中的问题。
这里举一个不能再简单的例子，我们看下面的被测试代码：
{
return a / b;
}
假如我们的测试人员编写如下测试案例：
测试人员的测试结果会告诉你，他的代码覆盖率达到了100％，并且所有测试案例都通过了。然而遗憾的是，我们的语句覆盖率达到了所谓的100%，但是却没有发现最简单的Bug，比如，当我让b=0时，会抛出一个除零异常。
正因如此，假如上面只要求测试人员语句覆盖率达到多少的话，测试人员只要钻钻空子，专门针对如何覆盖代码行编写测试案例，就很容易达到主管的要求。当然了，这同时说明了几个问题：
1.主管只使用语句覆盖率来考核测试人员本身就有问题。
2.测试人员的目的是为了测好代码，钻如此的空子是缺乏职业道德的。
3.是否应该采用更好的考核方式来考核测试人员的工作？
为了寻求更好的考核标准，我们必须先了解完代码覆盖率到底还有哪些，如果你的主管只知道语句覆盖，行覆盖，那么你应该主动向他介绍还有更多的覆盖方式。比如：
2. 判定覆盖(DecisionCoverage)
又称分支覆盖(BranchCoverage)，所有边界覆盖(All-EdgesCoverage)，基本路径覆盖(BasicPathCoverage)，判定路径覆盖(Decision-Decision-Path)。它度量程序中每一个判定的分支是否都被测试到了。这句话是需要进一步理解的，应该非常容易和下面说到的条件覆盖混淆。因此我们直接介绍第三种覆盖方式，然后和判定覆盖一起来对比，就明白两者是怎么回事了。
3. 条件覆盖(ConditionCoverage)
它度量判定中的每个子表达式结果true和false是否被测试到了。为了说明判定覆盖和条件覆盖的区别，我们来举一个例子，假如我们的被测代码如下：
{
if (a < 10 || b < 10) // 判定
{
return 0; // 分支一
}
else
{
return 1; // 分支二
}
}
设计判定覆盖案例时，我们只需要考虑判定结果为true和false两种情况，因此，我们设计如下的案例就能达到判定覆盖率100％：
TestCaes2: a = 15, b = 15 覆盖了分支二
设计条件覆盖案例时，我们需要考虑判定中的每个条件表达式结果，为了覆盖率达到100％，我们设计了如下的案例：
TestCase4: a = 15, b = 15 false, false
通过上面的例子，我们应该很清楚了判定覆盖和条件覆盖的区别。需要特别注意的是：条件覆盖不是将判定中的每个条件表达式的结果进行排列组合，而是只要每个条件表达式的结果true和false测试到了就OK了。因此，我们可以这样推论：完全的条件覆盖并不能保证完全的判定覆盖。比如上面的例子，假如我设计的案例为：
TestCase1: a = 15, b = 5 false, true 分支一
我们看到，虽然我们完整的做到了条件覆盖，但是我们却没有做到完整的判定覆盖，我们只覆盖了分支一。上面的例子也可以看出，这两种覆盖方式看起来似乎都不咋滴。我们接下来看看第四种覆盖方式。
4. 路径覆盖(PathCoverage)
又称断言覆盖(PredicateCoverage)。它度量了是否函数的每一个分支都被执行了。 这句话也非常好理解，就是所有可能的分支都执行一遍，有多个分支嵌套时，需要对多个分支进行排列组合，可想而知，测试路径随着分支的数量指数级别增加。比如下面的测试代码中有两个判定分支：
{
int nReturn = 0;
if (a < 10)
{// 分支一
nReturn += 1;
}
if (b < 10)
{// 分支二
nReturn += 10;
}
return nReturn;
}
对上面的代码，我们分别针对我们前三种覆盖方式来设计测试案例：
a. 语句覆盖
TestCase a = 5, b = 5 nReturn = 11
语句覆盖率100％
b. 判定覆盖
TestCase1 a = 5, b = 5 nReturn = 11
TestCase2 a = 15, b = 15 nReturn = 0
判定覆盖率100％
c. 条件覆盖
TestCase1 a = 5, b = 15 nReturn = 1
TestCase2 a = 15, b = 5 nReturn = 10
条件覆盖率100％
我们看到，上面三种覆盖率结果看起来都很酷！都达到了100％！主管可能会非常的开心，但是，让我们再去仔细的看看，上面被测代码中，nReturn的结果一共有四种可能的返回值：0，1，10，11，而我们上面的针对每种覆盖率设计的测试案例只覆盖了部分返回值，因此，可以说使用上面任一覆盖方式，虽然覆盖率达到了100%，但是并没有测试完全。接下来我们来看看针对路径覆盖设计出来的测试案例：
TestCase1 a = 5, b = 5 nReturn = 0
TestCase2 a = 15, b = 5 nReturn = 1
TestCase3 a = 5, b = 15 nReturn = 10
TestCase4 a = 15, b = 15 nReturn = 11
路径覆盖率100％
太棒了！路径覆盖将所有可能的返回值都测试到了。这也正是它被很多人认为是“最强的覆盖”的原因了。
还有一些其他的覆盖方式，如：循环覆盖(LoopCoverage)，它度量是否对循环体执行了零次，一次和多余一次循环。剩下一些其他覆盖方式就不介绍了。
总结
通过上面的学习，我们再回头想想，覆盖率数据到底有多大意义。我总结了如下几个观点，欢迎大家讨论：
a. 覆盖率数据只能代表你测试过哪些代码，不能代表你是否测试好这些代码。（比如上面第一个除零Bug）
b. 不要过于相信覆盖率数据。
c. 不要只拿语句覆盖率(行覆盖率)来考核你的测试人员。
d. 路径覆盖率 > 判定覆盖 > 语句覆盖
e. 测试人员不能盲目追求代码覆盖率，而应该想办法设计更多更好的案例，哪怕多设计出来的案例对覆盖率一点影响也没有。
引言
经常有人问这样的问题：“我们在做单元测试，那测试覆盖率要到多少才行？”。答案其实很简答，“作为指标的测试覆盖率都是没有用处的。”
Martin Fowler（重构那本书的作者）曾经写过一篇博客来讨论这个问题，他指出：把测试覆盖作为质量目标没有任何意义，而我们应该把它作为一种发现未被测试覆盖的代码的手段。
代码覆盖率的意义
- 分析未覆盖部分的代码，从而反推在前期测试设计是否充分，没有覆盖到的代码是否是测试设计的盲点，为什么没有考虑到？需求/设计不够清晰，测试设计的理解有误，工程方法应用后的造成的策略性放弃等等，之后进行补充测试用例设计。
- 检测出程序中的废代码，可以逆向反推在代码设计中思维混乱点，提醒设计/开发人员理清代码逻辑关系，提升代码质量。
- 代码覆盖率高不能说明代码质量高，但是反过来看，代码覆盖率低，代码质量不会高到哪里去，可以作为测试自我审视的重要工具之一。
代码覆盖率工具
目前Java常用覆盖率工具Jacoco、Emma和Cobertura
覆盖率工具工作流程
1. 对Java字节码进行插桩，On-The-Fly和Offine两种方式。
2. 执行测试用例，收集程序执行轨迹信息，将其dump到内存。
3. 数据处理器结合程序执行轨迹信息和代码结构信息分析生成代码覆盖率报告。
4. 将代码覆盖率报告图形化展示出来，如html、xml等文件格式。
插桩原理
主流代码覆盖率工具都采用字节码插桩模式，通过钩子的方式来记录代码执行轨迹信息。其中字节码插桩又分为两种模式On-The-Fly和Offine。On-The-Fly模式优点在于无需修改源代码，可以在系统不停机的情况下，实时收集代码覆盖率信息。Offine模式优点在于系统启动不需要额外开启代理，但是只能在系统停机的情况下才能获取代码覆盖率。 基于以上特性，同时由于公司使用JDK8，我们采用Jacoco来获取集成测试代码覆盖率，单元测试使用Cobertura。
On-The-Fly插桩 Java Agent
- JVM中通过-javaagent参数指定特定的jar文件启动Instrumentation的代理程序
- 代理程序在每装载一个class文件前判断是否已经转换修改了该文件，如果没有则需要将探针插入class文件中。
- 代码覆盖率就可以在JVM执行代码的时候实时获取。
- 典型代表：Jacoco
On-The-Fly插桩 Class Loader
- 自定义classloader实现自己的类装载策略，在类加载之前将探针插入class文件中
- 典型代表：Emma
Offine插桩
- 在测试之前先对文件进行插桩，生成插过桩的class文件或者jar包，执行插过桩的class文件或者jar包之后，会生成覆盖率信息到文件，最后统一对覆盖率信息进行处理，并生成报告。
- Offline插桩又分为两种：
- Replace：修改字节码生成新的class文件
- Inject：在原有字节码文件上进行修改
- 典型代表：Cobertura
On-The-Fly和Offine比较
- On-The-Fly模式更加方便的获取代码覆盖率，无需提前进行字节码插桩，可以实时获取代码覆盖率信息
- Offline模式适用于以下场景：
- 运行环境不支持java agent
- 部署环境不允许设置JVM参数
- 字节码需要被转换成其他虚拟机字节码，如Android Dalvik VM
- 动态修改字节码过程中和其他agent冲突
- 无法自定义用户加载类
实践应用
单元测试覆盖率
目前有赞开发人员会写单元测试用例，为了能够引入持续集成，我们选取了Sonar+Cobertura来获取单元测试覆盖率。 我们将代码覆盖率绑定到代码编译阶段，这样每次代码编译就能够执行单元测试同时获取代码单元测试覆盖率
<plugin>
<groupId>org.codehaus.mojo</groupId>
<artifactId>cobertura-maven-plugin</artifactId>
<version>2.7</version>
<configuration>
<formats>
<format>xml</format>
</formats>
</configuration>
<executions>
<execution>
<phase>package</phase>
<goals>
<goal>cobertura</goal>
</goals>
</execution>
</executions>
</plugin>
生成代码覆盖率文件以后，通过Jenkins SonarQube Scanner或者执行mvn sonar:sonar将该文件上传至Sonar 服务器，就可以解析该文件，生成图形化的界面
集成测试覆盖率
测试人员执行集成测试测试用例时（包括手工执行和自动化执行），我们需要代码覆盖率来发现测试用例设计的遗漏，及时补充用例来覆盖未被覆盖到的代码。
被测系统，在服务启动时，都会通过javaagent的方式做On-The-Fly插桩
- 被测服务器启动之后，测试人员手工执行测试用例，Jacoco Agent会实时将代码覆盖率信息传输给Jacoco Prase Server，该服务器保存了被测代码源文件以及编译后的目标文件，服务器会结合源文件、目标文件以及代码覆盖率信息生成图表化的覆盖率文件。
- 自动化执行测试用例完成之后，获取代码覆盖率信息，通过Jenkins Jacoco插件解析，获取图表化的覆盖率文件。
获取代码覆盖率报告之后，结合git获取的本次代码变动信息，得到测试用例覆盖的变动文件的测试覆盖率统计信息。来分析是否有由于测试用例设计遗漏导致的代码没有覆盖或者是开发的无效代码导致该代码无法被覆盖，如果测试用例设计有所遗漏，可以对照的增加相应的用例；如果是无效代码可以删除。
自动化集成流程
1. 业务开发完成之后，开发人员做单元测试，单元测试完成之后，保证单元测试全部通过同时单元测试代码覆盖率达到一定程度（这个需要开发和测试约定，理论上越高越好），开发提测。
2. 测试人员根据测试用例进行测试（包括手工测试和自动化测试），结合git获取本次变动代码的覆盖率信息。行覆盖率需达到100%，分支达到50%以上，这个需要具体场景具体分析。
3. 测试通过之后，代码合并至主干，进行自动化回归。
4. 回归测试通过之后，代码可以上线。
基于这套流程，我们可以将单元测试代码覆盖率和集成测试代码覆盖率整合到持续集成流程中，如果代码覆盖率达不到我们设置的某个值时，可以终止流程继续下去获取需要人工确认之后，继续流程。
总结
本文主要介绍了Java代码覆盖率统计原理以及结合有赞测试的工程实践介绍了代码覆盖率该如何应用的实际测试中。不管是白盒测试还是黑盒测试，代码覆盖率统计都是必不可少的一环，它可以直接反映本次测试的遗漏点（不是100%反映）。结合到自动发布场景也是一个较好地衡量指标。
最后再重申一下本文开篇的观点：
- 代码覆盖率统计是用来发现没有被测试覆盖的代码
- 代码覆盖率统计不能完全用来衡量代码质量