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Java Mock框架Mockito进阶用法与Stubbing

介绍与背景

大家好，欢迎来到今天的讲座！今天我们要深入探讨的是Java中非常流行的Mock框架——Mockito。如果你已经在使用Mockito进行单元测试，那么你可能已经对它的基本用法有所了解。但你知道吗？Mockito其实还有很多进阶的特性和技巧，能够让你的测试代码更加简洁、灵活和强大。

在开始之前，我们先简单回顾一下什么是Mock对象以及为什么我们需要它们。Mock对象是模拟真实对象行为的对象，主要用于单元测试中。通过Mock对象，我们可以隔离被测试的类，避免依赖外部系统（如数据库、网络服务等），从而确保测试的稳定性和速度。

Mockito是一个非常轻量级且易于使用的Mock框架，它允许我们轻松创建Mock对象，并定义它们的行为。无论你是初学者还是有经验的开发者，Mockito都能为你提供强大的工具来编写高质量的单元测试。

然而，Mockito的功能远不止于此。在这次讲座中，我们将深入探讨Mockito的进阶用法，特别是如何通过Stubbing（桩）来控制Mock对象的行为。我们会一步步讲解如何使用Mockito的高级特性，帮助你在实际项目中写出更优雅、更可靠的测试代码。

什么是Stubbing？

在进入具体的技术细节之前，我们先来了解一下什么是Stubbing。简单来说，Stubbing就是为Mock对象定义预期的行为。换句话说，当我们创建一个Mock对象时，我们可以告诉它在某些方法被调用时应该返回什么值，或者抛出什么异常。这使得我们在测试中可以完全控制依赖对象的行为，而不必依赖真实的实现。

举个简单的例子，假设我们有一个UserService类，它依赖于一个UserRepository接口来获取用户数据。在测试UserService时，我们并不想真的去访问数据库，而是希望通过Mock对象来模拟UserRepository的行为。这时，我们就可以使用Stubbing来告诉Mock对象，在findUserById方法被调用时，返回一个预定义的用户对象。

// 创建Mock对象
UserRepository mockRepo = mock(UserRepository.class);

// 定义Stubbing：当findUserById被调用时，返回一个预定义的用户
when(mockRepo.findUserById(1L)).thenReturn(new User("Alice", "[email protected]"));

在这个例子中，when和thenReturn是Mockito提供的用于Stubbing的方法。通过这种方式，我们可以在不依赖真实数据库的情况下，测试UserService的行为。

Mockito的基本用法回顾

在深入探讨进阶用法之前，让我们先快速回顾一下Mockito的基本用法。如果你已经熟悉这些内容，可以跳过这一部分，直接进入下一节。

1. 创建Mock对象

要使用Mockito，首先需要导入相关的库。如果你使用的是Maven或Gradle，可以通过添加依赖来引入Mockito。这里我们假设你已经完成了这一步。

接下来，我们可以通过mock()方法来创建Mock对象。mock()方法接受一个类或接口作为参数，并返回一个Mock对象。

// 创建一个UserRepository的Mock对象
UserRepository mockRepo = mock(UserRepository.class);

2. 验证方法调用

除了创建Mock对象，我们还可以使用verify()方法来验证某个方法是否被调用。这对于确保我们的代码按预期执行非常重要。

// 调用UserService中的方法
userService.getUserDetails(1L);

// 验证UserRepository的findUserById方法是否被调用
verify(mockRepo).findUserById(1L);

3. 捕获参数

有时我们不仅想知道某个方法是否被调用，还想知道它被调用时传递了哪些参数。这时可以使用ArgumentCaptor来捕获方法调用时的参数。

// 创建ArgumentCaptor
ArgumentCaptor<User> userCaptor = ArgumentCaptor.forClass(User.class);

// 调用UserService中的方法
userService.saveUser(new User("Bob", "[email protected]"));

// 验证saveUser方法被调用，并捕获传递的参数
verify(mockRepo).saveUser(userCaptor.capture());

// 获取捕获的参数
User capturedUser = userCaptor.getValue();
assertEquals("Bob", capturedUser.getName());

4. 模拟异常

除了返回值，我们还可以通过Stubbing让Mock对象在某些情况下抛出异常。这对于测试错误处理逻辑非常有用。

// 当findUserById被调用时，抛出UserNotFoundException
when(mockRepo.findUserById(1L)).thenThrow(new UserNotFoundException("User not found"));

进阶Stubbing技巧

现在我们已经回顾了Mockito的基本用法，接下来让我们一起探索一些更高级的Stubbing技巧。这些技巧可以帮助你在复杂的测试场景中更好地控制Mock对象的行为。

1. 多次调用的不同行为

有时候，我们希望Mock对象在多次调用同一个方法时返回不同的结果。例如，第一次调用时返回一个用户，第二次调用时返回null，第三次调用时抛出异常。Mockito提供了thenReturn()和thenThrow()的链式调用来实现这一点。

// 第一次调用返回用户，第二次调用返回null，第三次调用抛出异常
when(mockRepo.findUserById(1L))
    .thenReturn(new User("Alice", "[email protected]"))
    .thenReturn(null)
    .thenThrow(new UserNotFoundException("User not found"));

// 测试代码
User user1 = userService.getUserDetails(1L); // 返回Alice
User user2 = userService.getUserDetails(1L); // 返回null
try {
    userService.getUserDetails(1L); // 抛出异常
} catch (UserNotFoundException e) {
    assertEquals("User not found", e.getMessage());
}

2. 动态返回值

在某些情况下，我们可能希望Mock对象的返回值取决于传入的参数。Mockito提供了Answer接口，允许我们根据方法调用时的参数动态生成返回值。

// 使用Answer接口动态返回值
when(mockRepo.findUserById(anyLong())).thenAnswer(invocation -> {
    Long id = invocation.getArgument(0);
    if (id == 1L) {
        return new User("Alice", "[email protected]");
    } else if (id == 2L) {
        return new User("Bob", "[email protected]");
    } else {
        return null;
    }
});

// 测试代码
User user1 = userService.getUserDetails(1L); // 返回Alice
User user2 = userService.getUserDetails(2L); // 返回Bob
User user3 = userService.getUserDetails(3L); // 返回null

3. 部分匹配参数

有时我们并不关心方法调用时的所有参数，而只关心其中的一部分。Mockito提供了多种匹配器（Matchers），如any(), eq(), argThat()等，允许我们对参数进行部分匹配。

// 只匹配第一个参数，忽略第二个参数
when(mockRepo.updateUser(eq(1L), anyString())).thenReturn(true);

// 测试代码
boolean result1 = userService.updateUser(1L, "[email protected]"); // 返回true
boolean result2 = userService.updateUser(2L, "[email protected]"); // 不会匹配，返回默认值

4. 验证调用次数

除了验证方法是否被调用，我们还可以使用times()、atLeast()、atMost()等方法来验证方法被调用的次数。

// 验证findUserById被调用了两次
verify(mockRepo, times(2)).findUserById(1L);

// 验证saveUser至少被调用了一次
verify(mockRepo, atLeast(1)).saveUser(any(User.class));

// 验证deleteUser最多被调用了三次
verify(mockRepo, atMost(3)).deleteUser(1L);

5. 验证调用顺序

在某些情况下，我们不仅关心方法是否被调用，还关心它们的调用顺序。Mockito提供了InOrder类，允许我们验证多个方法的调用顺序。

// 创建InOrder对象
InOrder inOrder = inOrder(mockRepo);

// 验证方法的调用顺序
inOrder.verify(mockRepo).findUserById(1L);
inOrder.verify(mockRepo).updateUser(1L, "[email protected]");
inOrder.verify(mockRepo).saveUser(new User("Charlie", "[email protected]"));

高级Mocking技巧

除了Stubbing，Mockito还提供了一些高级的Mocking技巧，帮助我们在复杂的测试场景中更好地模拟依赖对象的行为。

1. Spy对象

有时我们不想完全Mock一个对象，而是希望保留其部分真实行为，同时对某些方法进行Stubbing。这时可以使用spy()方法来创建Spy对象。Spy对象会调用真实对象的方法，除非我们对其进行了Stubbing。

// 创建一个UserService的Spy对象
UserService spyService = spy(new UserService(mockRepo));

// Stubbing特定方法
doReturn(new User("Spy", "[email protected]")).when(spyService).getUserDetails(1L);

// 测试代码
User user1 = spyService.getUserDetails(1L); // 返回Spy
User user2 = spyService.getUserDetails(2L); // 调用真实方法

2. 延迟返回值

在某些情况下，我们可能希望Mock对象在一段时间后才返回结果。Mockito提供了Answer接口的Thread.sleep()方法来实现延迟返回。

// 使用Answer接口实现延迟返回
when(mockRepo.findUserById(1L)).thenAnswer(invocation -> {
    Thread.sleep(1000); // 模拟1秒的延迟
    return new User("Alice", "[email protected]");
});

// 测试代码
User user = userService.getUserDetails(1L); // 1秒后返回Alice

3. 模拟异步调用

对于异步调用的测试，Mockito也提供了支持。我们可以通过CompletableFuture或其他异步API来模拟异步方法的行为。

// 模拟异步方法
when(mockRepo.findUserByIdAsync(1L)).thenReturn(CompletableFuture.completedFuture(new User("Alice", "[email protected]")));

// 测试代码
CompletableFuture<User> future = userService.getUserDetailsAsync(1L);
User user = future.join(); // 返回Alice

4. 模拟静态方法

默认情况下，Mockito无法Mock静态方法。但从Mockito 3.4.0版本开始，Mockito引入了mockStatic()方法，允许我们Mock静态方法。需要注意的是，Mock静态方法会影响整个类，因此在测试结束后应使用Mockito.clearAllCaches()清除缓存。

// Mock静态方法
try (MockedStatic<Utils> mocked = mockStatic(Utils.class)) {
    // Stubbing静态方法
    mocked.when(() -> Utils.getCurrentTime()).thenReturn("2023-10-01 12:00:00");

    // 测试代码
    String time = userService.getTime();
    assertEquals("2023-10-01 12:00:00", time);
}

// 清除缓存
Mockito.clearAllCaches();

Mockito的最佳实践

在掌握了Mockito的进阶用法之后，我们还需要了解一些最佳实践，以确保我们的测试代码既高效又可靠。

1. 尽量减少Mock对象的数量

虽然Mock对象可以帮助我们隔离依赖，但过多的Mock对象会使测试代码变得复杂且难以维护。尽量只Mock那些真正需要隔离的依赖，保持测试的简洁性。

2. 避免过度Stubbing

过度Stubbing可能会导致测试代码过于依赖具体的实现细节，降低测试的灵活性。尽量只Stub那些对测试结果有直接影响的方法，避免对每个方法都进行Stubbing。

3. 使用描述性的测试名称

良好的测试名称可以帮助我们快速理解测试的目的和预期结果。尽量使用描述性的测试名称，而不是简单的“testSomething”之类的命名方式。

4. 保持测试的独立性

每个测试用例应该是独立的，不会受到其他测试的影响。避免在测试之间共享状态，确保每个测试都能独立运行。

5. 使用合适的断言库

虽然Junit自带的断言功能已经足够强大，但在某些情况下，使用第三方断言库（如AssertJ）可以让我们的测试代码更加简洁和易读。

// 使用AssertJ进行断言
assertThat(userService.getUserDetails(1L)).isEqualToComparingFieldByField(new User("Alice", "[email protected]"));

总结与展望

通过今天的讲座，我们深入了解了Mockito的进阶用法，特别是如何通过Stubbing来控制Mock对象的行为。我们学习了如何处理多次调用的不同行为、动态返回值、部分匹配参数、验证调用次数和顺序等高级技巧。此外，我们还探讨了一些高级的Mocking技巧，如Spy对象、延迟返回值、模拟异步调用和静态方法等。

最后，我们讨论了一些Mockito的最佳实践，帮助我们在实际项目中编写更高效、更可靠的测试代码。

Mockito是一个非常强大的工具，能够极大地简化我们的单元测试工作。但正如任何工具一样，关键在于如何合理地使用它。希望今天的讲座能为你提供更多关于Mockito的启发，帮助你在未来的开发中写出更好的测试代码。

如果你有任何问题或想法，欢迎在评论区留言。感谢大家的参与，期待下次再见！

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