XUnit数据共享与并行测试

引言

在单元或者集成测试的过程中，需要测试的用例非常多，如果测试是一条一条过，那么需要花费不少的时间。从 V2 开始，默认情况下 XUnit 自动配置并行（参考资料），大大提升了测试速度。本文将对 ASP.NET CORE WEBAPI 程序进行集成测试，并探讨 XUnit 的数据共享与测试并行的方法。

XUnit默认在一个类内的测试代码是串行执行的，而在不同类的测试代码是并行执行的。

集成测试

对于集成测试来说，我们有一些比较重的资源初始化，而我并不想他们在并行执行中重复初始化，因此需要将并行执行的资源共享。

我们现在的测试类是这样的：

    public class ProgramTests : IClassFixture<WebApplicationFactory<Program>>     {         private readonly WebApplicationFactory<Program> _factory;         private readonly ITestOutputHelper testOutputHelper;         private readonly HttpClient _client;         public ProgramTests(WebApplicationFactory<Program> factory, ITestOutputHelper testOutputHelper)         {             _factory = factory;             this.testOutputHelper = testOutputHelper;             _client = _factory.WithWebHostBuilder(builder =>             {                 builder.UseEnvironment(Environments.Production);             }).CreateClient(new WebApplicationFactoryClientOptions() { BaseAddress = new Uri("http://localhost:9000") });             var token = TokenHelper.GetToken("username", "password");             _client.DefaultRequestHeaders.Authorization = new System.Net.Http.Headers.AuthenticationHeaderValue("Bearer", token);             // Act         }          [Fact]         public async Task V1Legacy_GetDeviceInfoes()         {             string url = "url1";             // Arrange             testOutputHelper.WriteLine($"Testing:{url}");             var response = await _client.GetAsync(url);              // Assert             response.EnsureSuccessStatusCode(); // Status Code 200-299             var result = await response.Content.ReadAsStringAsync();             var target = JsonSerializer.Deserialize<DeviceInfo>(result, new JsonSerializerOptions { PropertyNameCaseInsensitive = true });             Assert.NotNull(target);          }          [Fact]         public async Task V1Legacy_GetCurrent()         {             var url = "url2";             // Arrange             testOutputHelper.WriteLine($"Testing:{url}");             var response = await _client.GetAsync(url);              // Assert             response.EnsureSuccessStatusCode(); // Status Code 200-299             var result = await response.Content.ReadAsStringAsync();             var target = JsonSerializer.Deserialize<DeviceDataDto>(result, new JsonSerializerOptions {PropertyNameCaseInsensitive = true });             Assert.NotNull(target);         }          [Theory]         [InlineData("url3")]         [InlineData("url4")]         public async Task V1Legacy_CheckUrlExist(string url)         {             // Arrange             testOutputHelper.WriteLine($"Testing:{url}");             var request = new HttpRequestMessage(HttpMethod.Head, url);             var response = await _client.SendAsync(request);              // Assert             Assert.NotEqual(404, (int)response.StatusCode);          }     } 

在这个测试中，使用 IClassFixture 进行集成测试，确保同一个类之内的代码共享同一个资源，不同测试方法串行执行。

TIPS: 这里我使用 HEAD 请求来探查给定地址是否存在，ASP. NET CORE 会默认拒绝这个请求（返回406），但是不会提示 404 的错误。

现在的运行时间是这样的：

单类优化

首先研究为什么这个程序花费了如此多的时间执行测试，XUnit 在进行不同 Fact 的测试时，会生成不同的对象，我们已经通过实现 IClassFixture<WebApplicationFactory<Program>> 共享了必要的数据吗？

并没有，XUnit 只是注入了 WebApplicationFactory<Program>，而我们在构造函数中执行了很多费时间的操作，包括构造 HttpClient ，获取 token 等。由于获取 token 的函数需要调用外部服务花费了很长的时间，我们可以尝试注入 HttpClient 进行优化。

请注意：大多数情况注入 HttpClient 不是一个好主意，更推荐利用 WebApplicationFactory<Program> 对每个测试动态生成 HttpClient 以保证 HttpClient 是初始干净的状态。

我们加入一个新的类：

    public class SharedHttpClientFixture : IDisposable     {         public HttpClient Client { get; init; }          public SharedHttpClientFixture()         {             WebApplicationFactory<YourAssemblyName.Program> factory = new();                              Client = factory.WithWebHostBuilder(builder =>                         {                             builder.UseEnvironment(Environments.Production);                         }).CreateClient(new WebApplicationFactoryClientOptions() { BaseAddress = new Uri("http://localhost:9000") });              var token = TokenHelper.GetToken("username", "password");             Client.DefaultRequestHeaders.Authorization = new System.Net.Http.Headers.AuthenticationHeaderValue("Bearer", token);             // Act         }          public void Dispose()         {             //throw new NotImplementedException();         }     } 

并修改测试类的签名：

    public class ProgramTests : IClassFixture<SharedHttpClientFixture>     {         private readonly ITestOutputHelper testOutputHelper;         private readonly HttpClient _client;         public ProgramTests(SharedHttpClientFixture httpClientFixture, ITestOutputHelper testOutputHelper)         {             _client = httpClientFixture.Client;             this.testOutputHelper = testOutputHelper;         } 

改完之后，速度提升效果还是非常显著的：

跨类串行

我们多数情况下不会将所有的测试都放在一个类中，对于多个类，我们需要跨类共享。XUnit 使用 ICollectionFixture<> 支持跨类共享。代码主体拆成两个类，并修改类签名如下：

    [Collection("V1 Test Fixture")]     public class ProgramTests     {     ...     }     [Collection("V1 Test Fixture")]     public class UploadTests     { 	.... 	} 

我们需要新定义一个类，这个类没有实质性作用，只是作为标识：

    [CollectionDefinition("V1 Test Fixture")]     public class TestCollection : ICollectionFixture<SharedHttpClientFixture>     {         // This class has no code, and is never created. Its purpose is simply         // to be the place to apply [CollectionDefinition] and all the         // ICollectionFixture<> interfaces.     } 

我们针对多个类进行测试：

跨类并行（数据不共享）

我们注意到，不同类使用了相同的 Collection 进行标注，因此他们实际上会进行同步调度——上一个执行完成后才会开始执行下一个测试。我们如果使用并行会怎么样呢？显然，修改 Colleciton 会对每个类都生成一次需要注入对象，数据不能直接被共享。

    [Collection("V1 Test Fixture1")]     public class ProgramTests     {     ...     }     [Collection("V1 Test Fixture")]     public class UploadTests     { 	.... 	} 	[CollectionDefinition("V1 Test Fixture1")]     public class Test1Collection : ICollectionFixture<SharedHttpClientFixture>     {         // This class has no code, and is never created. Its purpose is simply         // to be the place to apply [CollectionDefinition] and all the         // ICollectionFixture<> interfaces.     }         [CollectionDefinition("V1 Test Fixture")]     public class TestCollection : ICollectionFixture<SharedHttpClientFixture>     {         // This class has no code, and is never created. Its purpose is simply         // to be the place to apply [CollectionDefinition] and all the         // ICollectionFixture<> interfaces.     } 

初始化语句会被执行两次，我们实现了并行，但是数据并不是共享的。（大多数情况下已经够用了。）

跨类并行（数据共享）

由于任务并行无法得知其他任务的工作状态，这个时候数据共享可能会引入很多线程问题（竞争、死锁等），因此不太建议在这种情况下进行共享，我最终也是使用的并行不共享的方式实现。如果我们非得这么用，也不是不行，我们需要小心处理线程同步问题，以互斥锁为例：

 public class SharedHttpClientFixture : IDisposable     {         private static HttpClient _httpClient;         public HttpClient Client => GetClient();          private HttpClient GetClient()         {             if (_httpClient == null) Init();             return _httpClient;         }           public static Mutex count = new();          public SharedHttpClientFixture()         {          }          private void Init()         {             count.WaitOne();             if(_httpClient == null)             { 				...             }             count.ReleaseMutex();         }          public void Dispose()         {             //throw new NotImplementedException();         } } 

这样多个类型使用静态变量实现了共享，并利用互斥锁保证初始化只执行一次。

由于引入了线程同步机制，这种情况下，并行测试并不一定意味着性能会更好，实际上往往还会更差。

生命周期

XUnit 对共享的数据类型执行以下策略：

• 对 IClassFixture，类的第一个测试方法执行之前，会对注入对象进行初始化。随后每一个方法都会生成测试的类的新对象，并将注入对象传递给他们，在测试类中所有测试方法执行完毕后销毁。
• 对 ICollectionFixture，多个类中执行的第一个测试方法之前会对注入对象进行初始化。随后每一个方法都会生成测试类的新对象，并且将注入对象传递给他们，在所有测试类的最后一个方法执行完毕之后销毁。

Program 可见性

默认情况下 Program 是其他项目不可见的，这样会导致 WebApplicationFactory<Program> 提示错误。.NET 6 开始引入了 minimal API，我的项目是升级而来，并没有使用到这个东西，所以 Program 类是对外可见的。

    public class Program     {         static void Main(string[] args)         {             var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);             builder.WebHost.UseUrls("http://*:9000");             ConfigureServices(builder.Services, builder.Configuration);             var app = builder.Build();             Configure(app);             app.Run();         }     } 

如果使用 Minimal API，那么你需要在项目文件中对测试项目公开可见性。

<ItemGroup>      <InternalsVisibleTo Include="MyTestProject" /> </ItemGroup> 

或者在 Program.cs 的最后加上一行。

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args); // ... Configure services, routes, etc. app.Run(); + public partial class Program { } 

注意事项

在 Microsoft.VisualStudio.TestPlatform.TestHost 命名空间也有一个 Program 类，如果你自己实现自定义类型，由于默认引用，不注意就使用了这个东西，而不是你 API 的 Program 类，这样会导致测试无法运行，提示：“找不到 testHost.dep.json”这样的错误，所以尽量使用带命名空间的限定名称。

结论

在 XUnit 测试中，可以使用 IClassFixture 与 ICollectionFixture 来进行数据共享，对于相同类之间的测试会默认进行的串行测试，对不同类之间共享数据的情况，也会进行串行调用。对于在不同类的测试，推荐使用不共享数据的并行测试，数据共享越多，造成状态不一致的风险就越大，因此建议有限制地使用测试数据共享。

请注意，XUnit 不会统计注入对象的初始化时间，而且多次运行测试时间会有一些区别，因此本文中列出的时间仅供参考。

拓展阅读

如果觉得自带的方注入方式满足不了你的要求，那么可以考虑使用第三方类库实现的支持 XUnit 的依赖注入容器。请关注这个项目： pengweiqhca/Xunit.DependencyInjection: Use Microsoft.Extensions.DependencyInjection to resolve xUnit test cases. (github.com)