JAVA代码覆盖率工具JaCoCo-原理简单分析
作为一个测试人员,保证产品的软件质量是其工作首要目标,为了这个目标,测试人员常常会通过很多手段或工具来加以保证,覆盖率就是其中一环比较重要的环节。
我们通常会将测试覆盖率分为两个部分,即“需求覆盖率”和“代码覆盖率”。
需求覆盖:指的是测试人员对需求的了解程度,根据需求的可测试性来拆分成各个子需求点,来编写相应的测试用例,最终建立一个需求和用例的映射关系,以用例的测试结果来验证需求的实现,可以理解为黑盒覆盖。
代码覆盖:为了更加全面的覆盖,我们可能还需要理解被测程序的逻辑,需要考虑到每个函数的输入与输出,逻辑分支代码的执行情况,这个时候我们的测试执行情况就以代码覆盖率来衡量,可以理解为白盒覆盖。
以上两者完全可以相辅相成,用代码覆盖结果反向的检查需求覆盖(用例)的测试是否充分完整。
如果做覆盖率测试?我们可以借助一些网上流行的各种覆盖率工具,本章主要介绍JaCoCo这个工具。
EMMA与JaCoco比较分析:
市场上java主要代码覆盖率工具:EMMA、JaCoCo
总结一下个人对JaCoCo优势的理解:
(1)JaCoCo支持分支覆盖、引入了Agent模式。
(2)EMMA官网已经不维护了,JaCoCo是其团队开发的,可以理解为一个升级版。
(3)JaCoCo社区比较活跃,官网也在不断的维护更新。
JaCoCo是一个开源的覆盖率工具(官网地址:http://www.eclemma.org/JaCoCo/),它针对的开发语言是java,其使用方法很灵活,可以嵌入到Ant、Maven中;可以作为Eclipse插件,可以使用其JavaAgent技术监控Java程序等等。
##############################如果你不了解什么是java agent,下面接着有介绍,否则直接跳过####################################
JavaAgent 是JDK 1.5 以后引入的,也可以叫做Java代理。
JavaAgent 是运行在 main方法之前的拦截器,它内定的方法名叫 premain ,也就是说先执行 premain 方法然后再执行 main 方法。
那么如何实现一个 JavaAgent 呢?很简单,只需要增加 premain 方法即可。
看下面的代码和代码中的注释说明:
package com.shanhy.demo.agent;import java.lang.instrument.Instrumentation;/*** 我的Java代理** @author 单红宇(365384722)* @myblog http://blog.csdn.net/catoop/* @create 2016年3月30日*/
public class MyAgent {/*** 该方法在main方法之前运行,与main方法运行在同一个JVM中* 并被同一个System ClassLoader装载* 被统一的安全策略(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方法执行========");System.out.println(agentOps);}/*** 如果不存在 premain(String agentOps, Instrumentation inst) * 则会执行 premain(String agentOps)** @param agentOps* @author SHANHY* @create 2016年3月30日*/public static void premain(String agentOps) {System.out.println("=========premain方法执行2========");System.out.println(agentOps);}
}
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写完这个类后,我们还需要做一步配置工作。
在 src 目录下添加 META-INF/MANIFEST.MF 文件,内容按如下定义:
Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: com.shanhy.demo.agent.MyAgent
Can-Redefine-Classes: true
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要特别注意,一共是四行,第四行是空行,还有就是冒号后面的一个空格,如下截图:
然后我们打包代码为 myagent.jar
注意打包的时候选择我们自己定义的 MANIFEST.MF
接着我们在创建一个带有main方法的主程序工程,截图如下:
然后将该主程序打包为 myapp.jar
如何执行 myagent.jar ?我们通过 -javaagent 参数来指定我们的Java代理包,值得一说的是 -javaagent 这个参数的个数是不限的,如果指定了多个,则会按指定的先后执行,执行完各个 agent 后,才会执行主程序的 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
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输出结果:
G:\>java -javaagent:G:\myagent.jar=Hello1 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello2 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello3 -jar myapp.jar
=========premain方法执行========
Hello1
=========premain方法执行========
Hello2
=========premain方法执行========
Hello3
=========main方法执行========
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特别提醒:如果你把 -javaagent 放在 -jar 后面,则不会生效。也就是说,放在主程序后面的 agent 是无效的。
比如执行:
java -javaagent:G:\myagent.jar=Hello1 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello2 -jar myapp.jar -javaagent:G:\myagent.jar=Hello3
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只会有前个生效,第三个是无效的。
输出结果:
G:\>java -javaagent:G:\myagent.jar=Hello1 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello2 -jar myapp.jar -javaagent:G:\myagent.jar=Hello3
=========premain方法执行========
Hello1
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命令中的Hello1为我们传递给 premain 方法的字符串参数。
至此,我们会使用 javaagent 了,但是单单看这样运行的效果,好像没有什么实际意义嘛。
我们可以用 javaagent 做什么呢?下篇文章我们来介绍如何在项目中应用 javaagent。
最后说一下,还有一种,在main方法执行后再执行代理的方法,因为不常用,而且主程序需要配置 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介绍结束 #####################################################
很多第三方的工具提供了对JaCoCo的集成,如sonar、Jenkins等。
JaCoCo包含了多种尺度的覆盖率计数器,包含指令级覆盖(Instructions,C0coverage),分支(Branches,C1coverage)、圈复杂度(CyclomaticComplexity)、行覆盖(Lines)、方法覆盖(non-abstract methods)、类覆盖(classes)。
行覆盖率:度量被测程序的每行代码是否被执行,判断标准行中是否至少有一个指令被执行。
类覆盖率:度量计算class类文件是否被执行。
分支覆盖率:度量if和switch语句的分支覆盖情况,计算一个方法里面的
总分支数,确定执行和不执行的 分支数量。
方法覆盖率:度量被测程序的方法执行情况,是否执行取决于方法中是否有至少一个指令被执行。
指令覆盖:计数单元是单个java二进制代码指令,指令覆盖率提供了代码是否被执行的信息,度量完全 独立源码格式。
圈复杂度:在(线性)组合中,计算在一个方法里面所有可能路径的最小数目,缺失的复杂度同样表示测 试案例没有完全覆盖到这个模块。
jacoco原理:
1. 注入方式介绍
这个图包含了几种不同的收集覆盖率信息的方法,每种方法的实现方法都不一样,带颜色的部分是JaCoCo比较有特色的地方。
上面各个名次含义(带颜色的为JaCoCo支持):
上表JaCoCo支持的部分,再详细的解释下:
(1)JaCoCo在Byte Code时使用的ASM技术修改字节码方法,可以修改Jar文件、class文件字节码文件。
(2)JaCoCo同时支持on-the-fly和offline的两种插桩模式。
On-the-fly插桩:
JVM中通过-javaagent参数指定特定的jar文件启动Instrumentation的代理程序,代理程序在通过Class Loader装载一个class前判断是否转换修改class文件,将统计代码插入class,测试覆盖率分析可以在JVM执行测试代码的过程中完成。
Offline模式:
在测试前先对文件进行插桩,然后生成插过桩的class或jar包,测试插过桩 的class和jar包后,会生成动态覆盖信息到文件,最后统一对覆盖信息进行处理,并生成报告。
On-the-fly和offline比较:
On-the-fly模式更方便简单进行代码覆盖分析,无需提前进行字节码插桩,无需考虑classpath 的设置。
存在如下情况不适合on-the-fly,需要采用offline提前对字节码插桩:
(1)运行环境不支持java agent。
(2)部署环境不允许设置JVM参数。
(3)字节码需要被转换成其他的虚拟机如Android Dalvik VM。
(4)动态修改字节码过程中和其他agent冲突。
(5)无法自定义用户加载类。
2. JaCoCo执行最小的java版本
最小需要Java1.5
3. 字节码处理方式
JaCoCo通过注入来修改和生成java字节码,使用的是ASM库。
4. java方法控制流分析
JaCoCo是如何在字节码注入的?
先举个实例,有个java方法:
编译后转换成字节码后,内容如下:
我们知道JaCoCo是字节码注入方式,它是通过一个Probe探针的方式来注入的,具体如下:
探针是字节指令集插入到java方法中,程序执行后可以被记录,它不会改变原有代码的行为。
我们看看探针前后插入比较:
颜色的部分就是探针注入的地方。
JaCoCo是根据控制流Type来采用不同的探针插入策略的。
一个用java字节码定义的java方法的控制流图可能有以下的type,每一个type连接一个源指令与目标指令,type不同探针的注入策略也会不同,如下是type定义:
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