Qualitätssicherung durch Softwaretests: Vorgehensweisen und Werkzeuge zum Testen von Java-Programmen

416 Pages·2019·14.015 MB·German

by  Stephan Kleuker

Stephan Kleuker
Qualitätssicherung
durch Softwaretests
Vorgehensweisen und Werkzeuge
zum Testen von Java-Programmen
2. Auflage
Qualitätssicherung durch Softwaretests
Stephan Kleuker
Qualitätssicherung durch
Softwaretests
Vorgehensweisen und Werkzeuge zum
Testen von Java-Programmen
2., Erweiterte und aktualisierte Auflage
Prof. Dr. Stephan Kleuker
Fak. Ingenieurwiss. und Informatik
Hochschule Osnabrück
Osnabrück, Deutschland
Ergänzendes Material zu diesem Buch finden Sie auf http://extras.springer.com
ISBN 978-3-658-24885-7 ISBN 978-3-658-24886-4 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-24886-4
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Vorwort
Das Ziel dieses Buches ist es, den Spaß an der systematischen Qualitätssicherung (QS),
hier mit dem Schwerpunkt Testen in Java, zu vermitteln. Durch die kontinuierlich stei-
gende Anzahl von Werkzeugen wird das Testen zu einer spannenden Herausforderung.
Ziel ist es dabei, mit möglichst wenig Mitteln, eine größtmögliche Anzahl von für das
untersuchte Software-Produkt relevanten Fehlern zu finden. Die monotone Arbeit von
Testbeschreibungen wird durch den kreativen Prozess der Testerstellung und die Umset-
zung mit flexiblen Werkzeugen zur Automatisierung der Tests ersetzt. Durch die Motiva-
tion und systematische Einführung verschiedener für das Testen elementarer Ansätze an-
hand von kleinen Beispielen wird so der Einstieg in das Thema QS ermöglicht. Durch die
Vorstellung passender Beispielwerkzeuge mit einfach zu wiederholenden Experimenten,
kann man selbst unmittelbar aktiv werden.
Das Buch wendet sich zunächst an Personen mit Java-Programmiererfahrung, die über-
legen, wie sie ihre Software systematisch testen können. Dazu werden in den ersten Kapi-
teln des Buches nach einem Überblick grundlegende Begriffe des Testens, genauer die
Erstellung von Testfällen mit Äquivalenzklassen und der Grenzwertanalyse, die Bewer-
tung des mit Testfällen Erreichten mit Überdeckungen und der systematische Aufbau einer
Testarchitektur, erklärt. Alle Begriffe werden an konkreten kurzen Beispielen erläutert, die
mit vorgestellten Werkzeugen analysiert werden.
Die weiteren Kapitel dieses Buches beschäftigen sich mit typischen Spezialthemen des
Testens und umfassen die Tests von Nutzungsoberflächen, Datenbanknutzungen und
Web-Applikationen. Die Grundlagen werden mit Hilfe eines oder mehrerer Werkzeuge
vorgestellt, für die es jeweils eine kurze Einführung gibt.
Die ersten beiden Kapitel beinhalten einen Überblick über das weite Feld der Qualitäts-
sicherung und machen auch deutlich, welche Themengebiete nicht im Detail behandelt
werden. Dies umfasst unter anderem die Organisation der Qualitätssicherung als Teilpro-
zess der Software-Entwicklung. Solche Prozessideen und Begriffspräzisierungen werden
u. a. in Schulungen vermittelt, die mit einem ISTQB- Zertifikat (International Software
Testing Qualifications Board) abschließen. Dieses Buch hat nicht unmittelbar die Zertifi-
zierung im Fokus, kann aber sehr gut als Grundlage für diverse Ideen genutzt werden, die
V
VI Vorwort
in ersten Zertifizierungskursen nur angerissen werden können. Eine Nutzung des Buches,
ohne die sicherlich sinnvolle ISTQB-Zertifizierung im Hinterkopf, ist natürlich auch mög-
lich.
Ein wichtiger Schwerpunkt des Buches beschäftigt sich mit der Wiederverwendbarkeit
und Erweiterbarkeit von Tests. Dazu wird der Begriff der Testarchitektur eingeführt, der
ähnlich zur Software-Architektur die systematische Entwicklung unterstützen kann. Ziel
ist es, Tests so zu strukturieren, dass Änderungen der zu testenden Software leicht in Än-
derungen der Tests übertragen werden können. Dazu werden häufig Möglichkeiten von
Spezialwerkzeugen und Frameworks so gekapselt, dass sie auch von Testern ohne Spezial-
wissen genutzt werden können.
Alle Arbeitsschritte werden durch interessante, frei nutzbare Werkzeuge unterstützt,
die jeweils exemplarisch in diesem Buch vorgestellt werden. Dabei werden grundlegende
Informationen zur Installation und Nutzung so ergänzt, dass Leser ohne weitere Doku-
mentation die Beispiele nachvollziehen können. Da die meisten gezeigten Werkzeuge sehr
viel mehr Möglichkeiten bieten, als in diesem Buch in einer kurzen Einführung gezeigt
werden kann, ist es die Hoffnung, dass die ersten Experimente den Leser neugierig auf die
weiteren Möglichkeiten machen, die man sich mit den zugehörigen Dokumentationen
selbst erarbeitet.
Für die zum Test von Datenbank-Tabellenstrukturen, Webservices, Web-Applikationen
und zum Lasttest eingesetzten Werkzeuge sei angemerkt, dass mit ihnen auch Software
getestet werden kann, die nicht in Java geschrieben wurde. Die dort vorgestellten Kon-
zepte und Umsetzungen mit Werkzeugen können damit auf eine große Anzahl von Projek-
ten übertragen werden.
Die Abbildungen und Programme dieses Buches sowie weitere Information können
von der Web-Seite
http://home.edvsz.hs-osnabrueck.de/skleuker/Testbuch.html
oder den Informationsseiten des Verlages zum Buch herunter geladen und unter Be-
rücksichtigung des Copyrights und der jeweiligen Lizenz genutzt werden.
In diesem Buch benutze ich verkürzend, ohne Hintergedanken, bei der Einzahl wie
Leser oder Entwickler die männliche Form. Natürlich möchte ich mit diesem Buch auch
die weiblichen Leser Leserinnen ansprechen.
Zum Abschluss wünsche ich Ihnen viel Spaß beim Lesen. Konstruktive Kritik wird im-
mer angenommen. Bedenken Sie, dass das Lesen nur ein Teil des Lernens ist. Ähnlich wie
in diesem Buch kleine Beispiele eingestreut sind, um einzelne Details zu klären, sollten Sie
sich mit den hier vorgestellten Ideen hinsetzen und meine, aber vor allem selbst konstruierte
Beispiele durchspielen. Sie runden das Verständnis des Themas wesentlich ab.
Osnabrück, August 2012 Stephan Kleuker
Vorwort zur zweiten Auflage
Die erste Auflage des Buches hat sich bei Lesern und Veranstaltungsteilnehmern bewährt.
Der Wunsch, Interesse an den Möglichkeiten der Testwerkzeuge zu wecken, wird erfüllt.
Natürlich gibt es neue Entwicklungen und Erweiterungen existierender Werkzeuge, die
eine überarbeitete Neuauflage sinnvoll machen. Dabei bleiben die generellen Konzepte,
wie die Betonung einer modularen Testarchitektur, die flexibel auf Veränderungen reagie-
ren kann, bestehen.
Eine wesentliche Erweiterung findet durch JUnit 5 statt, das die Möglichkeiten von
JUnit 4 z. B. durch die Nutzung von Lambda-Ausdrücken und wesentlich flexiblere para-
metrisierte Tests erweitert. Dabei wird zunächst JUnit 4 betrachtet, da es noch einige Zeit
der Standard in großen Projekten bleiben wird und es keine funktionale Notwendigkeit
zum Wechseln gibt. Weiterhin wirkt JUnit 5 noch nicht ganz ausgereift. Ursache hierfür
sind späte Änderungen sowie die Ergänzung von Funktionalität, die nur selten benötigt
wird, da sie von anderen Werkzeugen der Prozesskette übernommen werden kann. Das
Kapitel zu JUnit 5 gibt weiterhin die Möglichkeit die elementaren Begriffe des Testens,
die jeder Software-Entwickler kennen muss und die in den vorhergehenden Kapiteln be-
handelt werden, auf Basis der neuen Technologie zusammenzufassen.
In einem weiteren neuen Kapitel wird Behaviour Driven Development als ein in der
Praxis eingesetztes interessantes Vorgehensmodell vorgestellt, bei dem die Spezifikation
der zu erstellenden Software in Form von ausführbaren Abnahmetests formuliert wird.
Dabei werden diese Tests von Fachleuten des Anwendungsgebiets der neuen Software ge-
schrieben. Dieses sehr interessante Konzept ist auch für Qualitätssicherer mit anderen
Vorgehensmodellen spannend, da einige der Ideen und der Werkzeuge leicht in die klassi-
sche Qualitätssicherung zu übernehmen sind.
Abschließend sei der Wunsch verstärkt: Experimentieren Sie, verbessern Sie Ihre ei-
gene Qualitätssicherung und geben Sie Feedback zu diesem Buch.
Osnabrück, Oktober 2018 Stephan Kleuker
VII
Danksagung
Ein Buch kann nicht von einer Person alleine verwirklicht werden. Zu einer gelungenen
Entstehung tragen viele Personen in unterschiedlichen Rollen bei, denen ich hier danken
möchte.
Mein erster Dank geht an meine Ehefrau Frau Dr. Cheryl Kleuker, die nicht nur die
erste Kontrolle der Inhalte und Texte vorgenommen hat, sondern mir erlaubte, einen Teil
der ohnehin zu geringen Zeit für die Familie in dieses Buchprojekt zu stecken.
Dank gilt meinem Kollegen Prof. Dr. Frank Thiesing von der Hochschule Osnabrück,
der sich Teile einer Vorversion dieses Buches kritisch durchgelesen hat und interessante
Anregungen lieferte. Viele Studierende, die Veranstaltungen zum Thema Software-
Entwicklung und Qualitätssicherung bei mir gehört haben, trugen durch ihre Fragen und
Probleme wesentlich zu der Herangehensweise an die Themen des Buches bei. Besonders
möchte ich den Studierenden danken, die mich in Forschungsprojekten und Hausarbeiten
bei der Evaluation von Werkzeugen unterstützt haben, dies sind: Steffen Blome, Alexan-
der Busse, Engin Cetinkaya, Julia Dreier, Max Felinger, Martin Filusch, Alexander Frase,
Adrian Gehrke, Stefan Gommer, Andre Heidt, Dan Helmvoigt, André Himmighofen, Ju-
lian Horn, Bernd Kleine-Börger, Daniel Knott, Walter Laurito, Klaus Lipka, Andreas
Lind, Philipp Lulay, Peter Mentz, Tobias Müller, Katharina Rakebrand, Saskia Rensing-
hoff, Marco Schaarschmidt, Alexander Schunk, David Sondermann, Jonas Tenberg, Mar-
cel Teuber, Henry Trobisch, Daniel Wegener, Maxim Wiens, Torsten Windoffer, Sergej
Wilzer, Jens Wuttke.
Abschließend sei den Mitarbeitern des Verlags Springer Vieweg für die konstruktive
Mitarbeit gedankt, die dieses Buchprojekt erst ermöglichten.
IX
Inhaltsverzeichnis
1 E inleitung ...................................................... 1
1.1 Wichtige QS-Dinge, die in diesem Buch stehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Wichtige QS-Dinge, die (fast) nicht in diesem Buch stehen . . . . . . . . . . . . 4
1.3 QS in kleinen und mittleren Unternehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Grundbegriffe der Qualitätssicherung ............................... 11
2.1 E lementare QS-Werkzeuge der Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2 Konstruktive und analytische Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Was ist ein Testfall? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4 Testebenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5 Testautomatisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6 Zentrales Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3 JUnit .......................................................... 47
3.1 Einfache Tests in JUnit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2 Aufbau von Test-Fixtures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3 T esten von Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.4 Verwaltung von Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.5 Fortgeschrittene Testerstellungskonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.6 Testen von privaten Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.7 Erweiterungen von JUnit 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.8 Weitere Unit-Testwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.9 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4 Testfallerstellung mit Äquivalenzklassen ............................. 81
4.1 Testarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.2 Äquivalenzklassenanalyse und Grenzwertbetrachtungen . . . . . . . . . . . . . . 83
4.3 Analyse abhängiger Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.4 Äquivalenzklassen und Objektorientierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
XI
XII Inhaltsverzeichnis
4.5 A nalyse der Fallstudie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.6 Testfallermittlung für nicht-funktionale Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.7 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5 Überdeckungsmaße .............................................. 105
5.1 Kontrollflussgraph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.2 Anweisungsüberdeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.3 Zweigüberdeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.4 Einfache Bedingungsüberdeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.5 Minimale Mehrfachüberdeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.6 Datenflussorientierte Überdeckungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.7 W erkzeugunterstützung von Überdeckungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.8 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6 Testarchitektur und Mocking ...................................... 133
6.1 Wann was wie testen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.2 Manuelle Mock-Erstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.3 Mock-Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.4 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7 Technologien von Testwerkzeugen am Beispiel von JUnit 5 .............. 155
7.1 Annotationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
7.2 Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.3 Lambda-Ausdrücke in Java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
7.4 Überblick JUnit 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
7.5 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
8 Behaviour-Driven Development .................................... 185
8.1 Einschub: Erinnerung an reguläre Ausdrücke in Java . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.2 Test-Driven Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
8.3 Genereller Ansatz von BDD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
8.4 Weitere Möglichkeiten mit Cucumber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.5 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
9 Test von Nutzungsoberflächen ...................................... 215
9.1 GUI-Steuerung durch Testsoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9.2 Kombination von Entwicklung und Testentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
9.3 C apture & Replay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240