Go 单元测试、基准测试、并发基准测试
一、单元测试
要开始一个单元测试,需要准备一个 go 源码文件,在命名文件时需要让文件必须以_test
结尾。
单元测试源码文件可以由多个测试用例组成,每个测试用例函数需要以Test
为前缀,例如:
func TestXXX( t *testing.T )
- 测试用例文件不会参与正常源码编译,不会被包含到可执行文件中。
- 测试用例文件使用 go test 指令来执行,没有也不需要 main() 作为函数入口。所有在以
_test
结尾的源码内以Test
开头的函数会自动被执行。 - 测试用例可以不传入 *testing.T 参数。
helloworld 的测试代码:
package code11_3 import "testing" func TestHelloWorld(t *testing.T) {
t.Log("hello world")
}
代码说明如下:
- 第 5 行,单元测试文件 (*_test.go) 里的测试入口必须以 Test 开始,参数为 *testing.T 的函数。一个单元测试文件可以有多个测试入口。
- 第 6 行,使用 testing 包的 T 结构提供的 Log() 方法打印字符串。
1) 单元测试命令行
单元测试使用 go test 命令启动,例如:
$ go test helloworld_test.go
ok command-line-arguments 0.003s
$ go test -v helloworld_test.go
=== RUN TestHelloWorld
--- PASS: TestHelloWorld (0.00s)
helloworld_test.go:8: hello world
PASS
ok command-line-arguments 0.004s
代码说明如下:
- 第 1 行,在 go test 后跟 helloworld_test.go 文件,表示测试这个文件里的所有测试用例。
- 第 2 行,显示测试结果,ok 表示测试通过,command-line-arguments 是测试用例需要用到的一个包名,0.003s 表示测试花费的时间。
- 第 3 行,显示在附加参数中添加了
-v
,可以让测试时显示详细的流程。 - 第 4 行,表示开始运行名叫 TestHelloWorld 的测试用例。
- 第 5 行,表示已经运行完 TestHelloWorld 的测试用例,PASS 表示测试成功。
- 第 6 行打印字符串 hello world。
2) 运行指定单元测试用例
go test 指定文件时默认执行文件内的所有测试用例。可以使用-run
参数选择需要的测试用例单独执行,参考下面的代码。
一个文件包含多个测试用例(具体位置是./src/chapter11/gotest/select_test.go
)
package code11_3 import "testing" func TestA(t *testing.T) {
t.Log("A")
}
func TestAK(t *testing.T) {
t.Log("AK")
}
func TestB(t *testing.T) {
t.Log("B")
}
func TestC(t *testing.T) {
t.Log("C")
}
这里指定 TestA 进行测试:
$ go test -v -run TestA select_test.go
=== RUN TestA
--- PASS: TestA (0.00s)
select_test.go:6: A
=== RUN TestAK
--- PASS: TestAK (0.00s)
select_test.go:10: AK
PASS
ok command-line-arguments 0.003s
TestA 和 TestAK 的测试用例都被执行,原因是-run
跟随的测试用例的名称支持正则表达式,使用-run TestA$
即可只执行 TestA 测试用例。
3) 标记单元测试结果
当需要终止当前测试用例时,可以使用 FailNow,参考下面的代码。
测试结果标记(具体位置是./src/chapter11/gotest/fail_test.go
)
func TestFailNow(t *testing.T) {
t.FailNow()
}
还有一种只标记错误不终止测试的方法,代码如下:
func TestFail(t *testing.T) {
fmt.Println("before fail")
t.Fail()
fmt.Println("after fail")
}
测试结果如下:
=== RUN TestFail
before fail
after fail
--- FAIL: TestFail (0.00s)
FAIL
exit status 1
FAIL command-line-arguments 0.002s
从日志中看出,第 5 行调用 Fail() 后测试结果标记为失败,但是第 7 行依然被程序执行了。
4) 单元测试日志
每个测试用例可能并发执行,使用 testing.T 提供的日志输出可以保证日志跟随这个测试上下文一起打印输出。testing.T 提供了几种日志输出方法,详见下表所示。
方 法 | 备 注 |
---|---|
Log | 打印日志,同时结束测试 |
Logf | 格式化打印日志,同时结束测试 |
Error | 打印错误日志,同时结束测试 |
Errorf | 格式化打印错误日志,同时结束测试 |
Fatal | 打印致命日志,同时结束测试 |
Fatalf | 格式化打印致命日志,同时结束测试 |
开发者可以根据实际需要选择合适的日志。
二、基准测试
基准测试可以测试一段程序的运行性能及耗费 CPU 的程度。Go 语言中提供了基准测试框架,使用方法类似于单元测试,使用者无须准备高精度的计时器和各种分析工具,基准测试本身即可以打印出非常标准的测试报告。
1) 基础测试基本使用
下面通过一个例子来了解基准测试的基本使用方法。
基准测试(具体位置是./src/chapter11/gotest/benchmark_test.go
)
package code11_3 import "testing" func Benchmark_Add(b *testing.B) {
var n int
for i := 0; i < b.N; i++ {
n++
}
}
这段代码使用基准测试框架测试加法性能。第 7 行中的 b.N 由基准测试框架提供。测试代码需要保证函数可重入性及无状态,也就是说,测试代码不使用全局变量等带有记忆性质的数据结构。避免多次运行同一段代码时的环境不一致,不能假设 N 值范围。
使用如下命令行开启基准测试:
$ go test -v -bench=. benchmark_test.go
goos: linux
goarch: amd64
Benchmark_Add-4 20000000 0.33 ns/op
PASS
ok command-line-arguments 0.700s
代码说明如下:
- 第 1 行的
-bench=.
表示运行 benchmark_test.go 文件里的所有基准测试,和单元测试中的-run
类似。 - 第 4 行中显示基准测试名称,2000000000 表示测试的次数,也就是 testing.B 结构中提供给程序使用的 N。“0.33 ns/op”表示每一个操作耗费多少时间(纳秒)。
注意:Windows 下使用 go test 命令行时,-bench=.
应写为-bench="."
。
2) 基准测试原理
基准测试框架对一个测试用例的默认测试时间是 1 秒。开始测试时,当以 Benchmark 开头的基准测试用例函数返回时还不到 1 秒,那么 testing.B 中的 N 值将按 1、2、5、10、20、50……递增,同时以递增后的值重新调用基准测试用例函数。
3) 自定义测试时间
通过-benchtime
参数可以自定义测试时间,例如:
$ go test -v -bench=. -benchtime=5s benchmark_test.go
goos: linux
goarch: amd64
Benchmark_Add-4 10000000000 0.33 ns/op
PASS
ok command-line-arguments 3.380s
4) 测试内存
基准测试可以对一段代码可能存在的内存分配进行统计,下面是一段使用字符串格式化的函数,内部会进行一些分配操作。
func Benchmark_Alloc(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
fmt.Sprintf("%d", i)
}
}
在命令行中添加-benchmem
参数以显示内存分配情况,参见下面的指令:
$ go test -v -bench=Alloc -benchmem benchmark_test.go
goos: linux
goarch: amd64
Benchmark_Alloc-4 20000000 109 ns/op 16 B/op 2 allocs/op
PASS
ok command-line-arguments 2.311s
代码说明如下:
- 第 1 行的代码中
-bench
后添加了 Alloc,指定只测试 Benchmark_Alloc() 函数。 - 第 4 行代码的“16 B/op”表示每一次调用需要分配 16 个字节,“2 allocs/op”表示每一次调用有两次分配。
开发者根据这些信息可以迅速找到可能的分配点,进行优化和调整。
5) 控制计时器
有些测试需要一定的启动和初始化时间,如果从 Benchmark() 函数开始计时会很大程度上影响测试结果的精准性。testing.B 提供了一系列的方法可以方便地控制计时器,从而让计时器只在需要的区间进行测试。我们通过下面的代码来了解计时器的控制。
基准测试中的计时器控制(具体位置是./src/chapter11/gotest/benchmark_test.go
):
func Benchmark_Add_TimerControl(b *testing.B) {
// 重置计时器
b.ResetTimer()
// 停止计时器
b.StopTimer()
// 开始计时器
b.StartTimer()
var n int
for i := 0; i < b.N; i++ {
n++
}
}
从 Benchmark() 函数开始,Timer 就开始计数。StopTimer() 可以停止这个计数过程,做一些耗时的操作,通过 StartTimer() 重新开始计时。ResetTimer() 可以重置计数器的数据。
计数器内部不仅包含耗时数据,还包括内存分配的数据。
package chapter10 import (
"fmt"
"strconv"
"testing"
) // BenchmarkSprintf 对 fmt.Sprintf 函数进行基准测试
func BenchmarkSprintf(b *testing.B) {
number := 10 b.ResetTimer()
for i := 0; i < b.N; i++ {
fmt.Sprintf("%d", number)
} } // BenchmarkFormat 对 strconv.FormatInt 函数进行基准测试
func BenchmarkFormat(b *testing.B) {
number := int64(10) b.ResetTimer()
for i := 0; i < b.N; i++ {
strconv.FormatInt(number, 10)
}
} // BenchmarkItoa 对 strconv.Itoa 函数进行基准测试
func BenchmarkItoa(b *testing.B) {
number := 10 b.ResetTimer()
for i := 0; i < b.N; i++ {
strconv.Itoa(number)
} }
三、并发基准测试
func BenchmarkCombinationParallel(b *testing.B) {
// 测试一个对象或者函数在多线程的场景下面是否安全
b.RunParallel(func(pb *testing.PB) {
for pb.Next() {
m := rand.Intn(100) + 1
n := rand.Intn(m)
combination(m, n)
}
})
}
RunParallel并发的执行benchmark。RunParallel创建多个goroutine然后把b.N个迭代测试分布到这些goroutine上。goroutine的数目默认是GOMAXPROCS。如果要增加non-CPU-bound的benchmark的并个数,在执行RunParallel之前调用SetParallelism。
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