Mutation Testing (变异测试) 如何评估 JavaScript 测试套件的有效性？Stryker.js 是如何实现变异测试的？ - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

大家好，我是你们今天的变异测试讲师，叫我老码就好。今天咱们不搞那些虚头巴脑的理论，直接开门见山，聊聊如何用变异测试这把瑞士军刀，来给你的 JavaScript 测试套件做个全面的体检。

一、为啥要搞变异测试？你的测试真的靠谱吗？

想象一下，你辛辛苦苦写了一堆测试，信心满满地觉得代码质量杠杠的。结果上线后，用户一个骚操作，直接把你的系统干崩了。这种感觉是不是很酸爽？

问题就出在，你的测试可能只是“看起来很美”，实际上漏洞百出。它们可能覆盖了你“认为”重要的场景，但忽略了隐藏在角落里的魔鬼细节。

举个例子，假设你写了个函数来计算两个数的和：

function add(a, b) {
  return a + b;
}

你写了个测试：

it('should return the sum of two numbers', () => {
  expect(add(1, 2)).toBe(3);
});

这个测试看起来没毛病，但它能保证你的 add 函数真的万无一失吗？如果我不小心把 + 号写成了 - 号呢？

function add(a, b) {
  return a - b; // 错误！
}

你的测试依然会通过！因为它只测试了一个特定的输入，并没有覆盖所有可能的错误情况。

这就是传统测试的局限性。我们需要一种更强大的方法来评估测试的有效性，确保它们能够真正抓住代码中的 Bug。而变异测试，正是为此而生。

二、变异测试：让你的代码“作死”，然后看测试能不能抓住它

变异测试的思路很简单，但却非常有效：它会“故意”在你的代码里引入一些小的错误（也就是“变异”），然后运行你的测试套件。如果你的测试能够抓住这些变异，说明你的测试套件是有效的；如果变异逃脱了测试的魔爪，说明你的测试套件还不够完善。

这些“故意”引入的错误，我们称之为“变异体”（Mutant）。常见的变异操作包括：

算术运算符替换： 把 + 换成 -、*、/ 等。
关系运算符替换： 把 > 换成 >=、<、<= 等。
逻辑运算符替换： 把 && 换成 ||，把 ! 去掉。
常量替换： 把 1 换成 0，把 true 换成 false。
语句删除： 直接把某行代码删掉。
等等等等…

每生成一个变异体，就相当于你的代码经历了一次“小手术”，被植入了一个“癌细胞”。然后，让你的测试套件来做“化疗”，看看能不能把这些“癌细胞”杀死。

如果测试挂了（Failed）： 恭喜你，你的测试成功杀死了变异体，这个变异体被称为“killed”。说明你的测试覆盖到了这个错误情况。
如果测试依然通过（Survived）： 坏消息，你的测试没有抓住这个变异体，它“活下来”了。这意味着你的测试套件还存在漏洞，需要补充测试用例来覆盖这个错误情况。

三、Stryker.js：变异测试界的扛把子

Stryker.js 是一个非常流行的 JavaScript 变异测试框架。它支持多种 JavaScript 测试框架（如 Jest、Mocha、Karma 等），可以轻松集成到你的项目中。

1. 安装 Stryker.js

首先，你需要安装 Stryker.js：

npm install --save-dev @stryker-mutator/core @stryker-mutator/jest-runner @stryker-mutator/jasmine-runner @stryker-mutator/mocha-runner stryker-api

具体安装哪个 runner，取决于你使用的测试框架。如果你用的是 Jest，就安装 @stryker-mutator/jest-runner；如果你用的是 Mocha，就安装 @stryker-mutator/mocha-runner，以此类推。

2. 配置 Stryker.js

安装完成后，你需要创建一个 Stryker 配置文件 stryker.conf.js：

// stryker.conf.js
module.exports = function(config) {
  config.set({
    mutate: ['src/**/*.js'], // 指定要进行变异测试的代码文件
    mutator: 'javascript', // 指定变异器
    packageManager: 'npm',
    reporters: ['html', 'clear-text', 'progress'], // 指定报告器
    testRunner: 'jest', // 指定测试运行器
    transpilers: [],
    coverageAnalysis: 'off' //关闭覆盖率分析，加快变异测试速度
  });
};

这个配置文件告诉 Stryker.js：

mutate: 要变异哪些文件。这里指定了 src 目录下所有 .js 文件。
mutator: 使用哪个变异器。 javascript 变异器会应用标准的 JavaScript 变异规则。
testRunner: 使用哪个测试运行器。这里指定了 jest。
reporters: 生成哪些报告。 html 会生成一个漂亮的 HTML 报告，clear-text 会在控制台输出简洁的文本报告，progress 会显示测试进度。
coverageAnalysis: 关闭覆盖率分析，加快变异测试速度。如果需要代码覆盖率，可以设置为perTest或者all。

3. 运行 Stryker.js

配置完成后，就可以运行 Stryker.js 了：

npx stryker run

Stryker.js 会开始变异你的代码，运行你的测试，并生成报告。

四、Stryker.js 的工作原理：一步步揭秘

Stryker.js 的工作流程大致如下：

解析代码： Stryker.js 首先会解析你的代码，生成抽象语法树（AST）。
生成变异体： 然后，Stryker.js 会根据配置的变异规则，遍历 AST，生成多个变异体。每个变异体都是原始代码的一个小修改版本。
运行测试： 对于每个变异体，Stryker.js 都会运行你的测试套件。
分析结果： 根据测试结果，Stryker.js 会判断变异体是被杀死了（killed）还是存活了（survived）。
生成报告： 最后，Stryker.js 会生成一份详细的报告，告诉你哪些变异体被杀死了，哪些变异体存活了，以及你的测试套件的变异得分（Mutation Score）。

五、代码示例：用 Stryker.js 给 add 函数做个体检

假设我们有以下代码：

src/add.js:

function add(a, b) {
  return a + b;
}

module.exports = add;

src/add.test.js:

const add = require('./add');

describe('add', () => {
  it('should return the sum of two numbers', () => {
    expect(add(1, 2)).toBe(3);
  });
});

现在，我们运行 Stryker.js：

npx stryker run

Stryker.js 会生成一些变异体，例如：

把 + 换成 -： return a - b;
把 a + b 换成 a * b： return a * b;

由于我们的测试只覆盖了一个特定的输入，所以有些变异体可能会存活下来。 Stryker.js 的报告会告诉你，你的测试套件的变异得分较低，需要补充测试用例。

为了提高变异得分，我们可以添加更多的测试用例，覆盖不同的输入情况：

src/add.test.js:

const add = require('./add');

describe('add', () => {
  it('should return the sum of two positive numbers', () => {
    expect(add(1, 2)).toBe(3);
  });

  it('should return the sum of two negative numbers', () => {
    expect(add(-1, -2)).toBe(-3);
  });

  it('should return the sum of a positive and a negative number', () => {
    expect(add(1, -2)).toBe(-1);
  });

  it('should return zero when adding zero to a number', () => {
    expect(add(0, 5)).toBe(5);
  });
});

添加了更多的测试用例后，再次运行 Stryker.js，你会发现变异得分大大提高了。这意味着你的测试套件更加健壮，能够更好地抓住代码中的 Bug。

六、Stryker.js 配置详解：打造你的专属变异测试

Stryker.js 提供了丰富的配置选项，可以让你根据项目的具体情况，定制你的变异测试流程。以下是一些常用的配置选项：

配置项	类型	描述
`mutate`	`string[]`	指定要进行变异测试的代码文件。可以使用 glob 模式匹配多个文件。
`mutator`	`string`	指定变异器。常用的变异器有 `javascript`、`typescript` 等。你可以根据你的代码语言选择合适的变异器。你也可以自定义变异器，实现更精细的变异规则。
`testRunner`	`string`	指定测试运行器。常用的测试运行器有 `jest`、`mocha`、`jasmine` 等。你需要根据你使用的测试框架选择合适的测试运行器。
`reporters`	`string[]`	指定报告器。常用的报告器有 `html`、`clear-text`、`progress`、`json` 等。你可以选择多个报告器，生成不同格式的报告。
`thresholds`	`object`	设置变异得分的阈值。如果变异得分低于阈值，Stryker.js 会报错。这可以帮助你保证代码质量。
`transpilers`	`string[]`	指定代码转换器。如果你的代码使用了 ES6+ 的语法，你需要使用代码转换器（如 Babel）将其转换为 ES5，才能被 Stryker.js 解析。
`coverageAnalysis`	`string`	指定代码覆盖率分析模式。常用的模式有 `perTest`、`all`、`off` 等。 `perTest` 会为每个测试用例生成代码覆盖率报告，`all` 会生成总的代码覆盖率报告，`off` 会关闭代码覆盖率分析。关闭代码覆盖率分析可以加快变异测试的速度。
`maxConcurrentTestRunners`	`number`	设置最大并发测试运行器数量。默认情况下，Stryker 会自动检测你的 CPU 核心数，并使用所有核心来并发运行测试。你可以手动设置这个值，以控制 Stryker 的资源消耗。例如，如果你的机器内存较小，可以降低这个值，以避免内存溢出。如果你的 CI/CD 环境对资源有限制，也需要设置这个值。
`timeoutMS`	`number`	设置单个测试用例的超时时间（毫秒）。如果测试用例运行时间超过这个值，Stryker 会认为测试失败。默认值是 5000 毫秒。如果你的测试用例比较耗时，可以适当增加这个值。
`symlink`	`boolean`	是否使用符号链接。默认值为 `true`。如果你的项目使用了符号链接，并且 Stryker 无法正确解析符号链接，可以设置为 `false`。

七、最佳实践：让你的变异测试更上一层楼

循序渐进： 不要一开始就对整个项目进行变异测试。可以先从核心模块开始，逐步扩大测试范围。
关注存活的变异体： 优先处理存活的变异体。分析它们为什么能够逃脱测试的魔爪，并补充相应的测试用例。
合理配置变异规则： 根据项目的具体情况，选择合适的变异规则。不要盲目地应用所有的变异规则，否则可能会生成大量的变异体，导致测试时间过长。
持续集成： 将变异测试集成到你的持续集成流程中。每次代码提交后，自动运行变异测试，及时发现和修复代码中的问题。
拥抱 Mock： 当你的代码依赖于外部服务或者难以测试的部分时，使用 Mock 技术可以简化测试，提高变异测试的效率。

八、变异测试的局限性：认清它的边界

变异测试虽然强大，但并非万能。它也有一些局限性：

耗时： 变异测试需要生成大量的变异体，并运行测试套件，因此非常耗时。
无法检测所有类型的错误： 变异测试主要关注代码的逻辑错误，无法检测所有的错误类型，例如性能问题、安全漏洞等。
需要良好的测试基础： 变异测试依赖于测试套件的质量。如果你的测试套件本身就存在问题，变异测试的结果可能不准确。
等价变异体： 有些变异体虽然改变了代码，但程序的行为并没有发生改变，这些变异体被称为“等价变异体”。 Stryker.js 无法自动检测等价变异体，需要人工判断。

九、总结：让变异测试成为你代码质量的守护神

变异测试是一种强大的测试方法，可以帮助你评估 JavaScript 测试套件的有效性，发现隐藏在代码中的 Bug。 Stryker.js 是一个优秀的 JavaScript 变异测试框架，可以轻松集成到你的项目中。

虽然变异测试并非万能，但它可以作为代码质量保证体系中的重要一环。通过不断地运行变异测试，分析测试结果，并补充相应的测试用例，你可以让你的代码更加健壮，更加可靠。

希望今天的讲座对你有所帮助。记住，代码质量不是一蹴而就的，需要持续的努力和改进。让变异测试成为你代码质量的守护神，让你的代码在生产环境中更加安全可靠地运行！

下次再见！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复