JAVA程式碼覆蓋率工具JaCoCo-原理簡單分析
作為一個測試人員,保證產品的軟體質量是其工作首要目標,為了這個目標,測試人員常常會通過很多手段或工具來加以保證,覆蓋率就是其中一環比較重要的環節。
我們通常會將測試覆蓋率分為兩個部分,即“需求覆蓋率”和“程式碼覆蓋率”。
需求覆蓋:指的是測試人員對需求的瞭解程度,根據需求的可測試性來拆分成各個子需求點,來編寫相應的測試用例,最終建立一個需求和用例的對映關係,以用例的測試結果來驗證需求的實現,可以理解為黑盒覆蓋。
程式碼覆蓋:為了更加全面的覆蓋,我們可能還需要理解被測程式的邏輯,需要考慮到每個函式的輸入與輸出,邏輯分支程式碼的執行情況,這個時候我們的測試執行情況就以程式碼覆蓋率來衡量,可以理解為白盒覆蓋。
以上兩者完全可以相輔相成,用程式碼覆蓋結果反向的檢查需求覆蓋(用例)的測試是否充分完整。
如果做覆蓋率測試?我們可以藉助一些網上流行的各種覆蓋率工具,本章主要介紹JaCoCo這個工具。
EMMA與JaCoco比較分析:
市場上java主要程式碼覆蓋率工具:EMMA、JaCoCo
總結一下個人對JaCoCo優勢的理解:
(1)JaCoCo支援分支覆蓋、引入了Agent模式。
(2)EMMA官網已經不維護了,JaCoCo是其團隊開發的,可以理解為一個升級版。
(3)JaCoCo社群比較活躍,官網也在不斷的維護更新。
JaCoCo是一個開源的覆蓋率工具(官網地址:http://www.eclemma.org/JaCoCo/
##############################如果你不瞭解什麼是java agent,下面接著有介紹,否則直接跳過####################################
JavaAgent 是JDK 1.5 以後引入的,也可以叫做Java代理。
JavaAgent 是執行在 main方法之前的攔截器,它內定的方法名叫 premain ,也就是說先執行 premain 方法然後再執行 main 方法。
那麼如何實現一個 JavaAgent 呢?很簡單,只需要增加 premain 方法即可。
看下面的程式碼和程式碼中的註釋說明:
package com.shanhy.demo.agent;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
/**
* 我的Java代理
*
* @author 單紅宇(365384722)
* @myblog http://blog.csdn.net/catoop/
* @create 2016年3月30日
*/
public class MyAgent {
/**
* 該方法在main方法之前執行,與main方法執行在同一個JVM中
* 並被同一個System ClassLoader裝載
* 被統一的安全策略(security policy)和上下文(context)管理
*
* @param agentOps
* @param inst
* @author SHANHY
* @create 2016年3月30日
*/
public static void premain(String agentOps, Instrumentation inst) {
System.out.println("=========premain方法執行========");
System.out.println(agentOps);
}
/**
* 如果不存在 premain(String agentOps, Instrumentation inst)
* 則會執行 premain(String agentOps)
*
* @param agentOps
* @author SHANHY
* @create 2016年3月30日
*/
public static void premain(String agentOps) {
System.out.println("=========premain方法執行2========");
System.out.println(agentOps);
}
}
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寫完這個類後,我們還需要做一步配置工作。
在 src 目錄下新增 META-INF/MANIFEST.MF 檔案,內容按如下定義:
Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: com.shanhy.demo.agent.MyAgent
Can-Redefine-Classes: true
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- 2
- 3
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要特別注意,一共是四行,第四行是空行,還有就是冒號後面的一個空格,如下截圖:
然後我們打包程式碼為 myagent.jar
注意打包的時候選擇我們自己定義的 MANIFEST.MF
接著我們在建立一個帶有main方法的主程式工程,截圖如下:
然後將該主程式打包為 myapp.jar
如何執行 myagent.jar ?我們通過 -javaagent 引數來指定我們的Java代理包,值得一說的是 -javaagent 這個引數的個數是不限的,如果指定了多個,則會按指定的先後執行,執行完各個 agent 後,才會執行主程式的 main 方法。
命令如下:
java -javaagent:G:\myagent.jar=Hello1 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello2 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello3 -jar myapp.jar
- 1
- 1
輸出結果:
G:\>java -javaagent:G:\myagent.jar=Hello1 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello2 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello3 -jar myapp.jar
=========premain方法執行========
Hello1
=========premain方法執行========
Hello2
=========premain方法執行========
Hello3
=========main方法執行========
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特別提醒:如果你把 -javaagent 放在 -jar 後面,則不會生效。也就是說,放在主程式後面的 agent 是無效的。
比如執行:
java -javaagent:G:\myagent.jar=Hello1 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello2 -jar myapp.jar -javaagent:G:\myagent.jar=Hello3
- 1
- 1
只會有前個生效,第三個是無效的。
輸出結果:
G:\>java -javaagent:G:\myagent.jar=Hello1 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello2 -jar myapp.jar -javaagent:G:\myagent.jar=Hello3
=========premain方法執行========
Hello1
=========premain方法執行========
Hello2
=========main方法執行========
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命令中的Hello1為我們傳遞給 premain 方法的字串引數。
至此,我們會使用 javaagent 了,但是單單看這樣執行的效果,好像沒有什麼實際意義嘛。
我們可以用 javaagent 做什麼呢?下篇文章我們來介紹如何在專案中應用 javaagent。
最後說一下,還有一種,在main方法執行後再執行代理的方法,因為不常用,而且主程式需要配置 Agent-Class,所以不常用,如果需要自行了解下 agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) 方法。
#################################################### java agent介紹結束 #####################################################
很多第三方的工具提供了對JaCoCo的整合,如sonar、Jenkins等。
JaCoCo包含了多種尺度的覆蓋率計數器,包含指令級覆蓋(Instructions,C0coverage),分支(Branches,C1coverage)、圈複雜度(CyclomaticComplexity)、行覆蓋(Lines)、方法覆蓋(non-abstract methods)、類覆蓋(classes)。
行覆蓋率:度量被測程式的每行程式碼是否被執行,判斷標準行中是否至少有一個指令被執行。
類覆蓋率:度量計算class類檔案是否被執行。
分支覆蓋率:度量if和switch語句的分支覆蓋情況,計算一個方法裡面的
總分支數,確定執行和不執行的 分支數量。
方法覆蓋率:度量被測程式的方法執行情況,是否執行取決於方法中是否有至少一個指令被執行。
指令覆蓋:計數單元是單個java二進位制程式碼指令,指令覆蓋率提供了程式碼是否被執行的資訊,度量完全 獨立原始碼格式。
圈複雜度:在(線性)組合中,計算在一個方法裡面所有可能路徑的最小數目,缺失的複雜度同樣表示測 試案例沒有完全覆蓋到這個模組。
jacoco原理:
1. 注入方式介紹
這個圖包含了幾種不同的收集覆蓋率資訊的方法,每種方法的實現方法都不一樣,帶顏色的部分是JaCoCo比較有特色的地方。
上面各個名次含義(帶顏色的為JaCoCo支援):
上表JaCoCo支援的部分,再詳細的解釋下:
(1)JaCoCo在Byte Code時使用的ASM技術修改位元組碼方法,可以修改Jar檔案、class檔案位元組碼檔案。
(2)JaCoCo同時支援on-the-fly和offline的兩種插樁模式。
On-the-fly插樁:
JVM中通過-javaagent引數指定特定的jar檔案啟動Instrumentation的代理程式,代理程式在通過Class Loader裝載一個class前判斷是否轉換修改class檔案,將統計程式碼插入class,測試覆蓋率分析可以在JVM執行測試程式碼的過程中完成。
Offline模式:
在測試前先對檔案進行插樁,然後生成插過樁的class或jar包,測試插過樁 的class和jar包後,會生成動態覆蓋資訊到檔案,最後統一對覆蓋資訊進行處理,並生成報告。
On-the-fly和offline比較:
On-the-fly模式更方便簡單進行程式碼覆蓋分析,無需提前進行位元組碼插樁,無需考慮classpath 的設定。
存在如下情況不適合on-the-fly,需要採用offline提前對位元組碼插樁:
(1)執行環境不支援java agent。
(2)部署環境不允許設定JVM引數。
(3)位元組碼需要被轉換成其他的虛擬機器如Android Dalvik VM。
(4)動態修改位元組碼過程中和其他agent衝突。
(5)無法自定義使用者載入類。
2. JaCoCo執行最小的java版本
最小需要Java1.5
3. 位元組碼處理方式
JaCoCo通過注入來修改和生成java位元組碼,使用的是ASM庫。
4. java方法控制流分析
JaCoCo是如何在位元組碼注入的?
先舉個例項,有個java方法:
編譯後轉換成位元組碼後,內容如下:
我們知道JaCoCo是位元組碼注入方式,它是通過一個Probe探針的方式來注入的,具體如下:
探針是位元組指令集插入到java方法中,程式執行後可以被記錄,它不會改變原有程式碼的行為。
我們看看探針前後插入比較:
顏色的部分就是探針注入的地方。
JaCoCo是根據控制流Type來採用不同的探針插入策略的。
一個用java位元組碼定義的java方法的控制流圖可能有以下的type,每一個type連線一個源指令與目標指令,type不同探針的注入策略也會不同,如下是type定義:
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