测试与性能基准

Phase 07 — Engineering · 知识点 05–07：Unit Test · Integration Test · Benchmark

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1. 学习目标

完成本知识点后，你应该能够：

• 编写 Unit Test 覆盖 service 层和纯函数逻辑
• 使用 table-driven tests 组织多组用例
• 编写 Integration Test 验证 HTTP API 与数据库交互
• 使用 httptest 测试 Handler 而无需启动真实端口
• 编写 Benchmark 评估 JSON 序列化、Hub 广播等热点路径
• 运行 go test -race 检测 WebSocket Hub 竞态条件

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2. 为什么需要

数字孪生后端涉及 AGV 坐标校验、告警规则、Room 路由——逻辑错误会导致 Three.js 显示错误或漏报告警。没有测试，每次重构 WebSocket 或 Pipeline 都是赌博。

Go 内置测试框架，无需引入 Jest 级重型依赖。Unit Test 保证逻辑正确，Integration Test 保证组件协作，Benchmark 在优化 Concurrent Connections 时有数据支撑。

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3. 核心概念

3.1 Unit Test（单元测试）

• 测试单个函数/方法，依赖用 Mock 或 Fake 替代
• 文件命名：xxx_test.go，函数：func TestXxx(t *testing.T)
• 快、稳定、无外部网络/DB（理想情况）

3.2 Integration Test（集成测试）

• 测试多个组件协作：HTTP → service → PostgreSQL
• 可用 Docker 启动测试 DB，或 testcontainers-go
• 本路线可先用内存 SQLite / 内嵌 Postgres 简化

3.3 Benchmark（基准测试）

• 函数：func BenchmarkXxx(b *testing.B)
• 测量 ns/op、内存分配
• 用于对比优化前后 JSON、Hub 广播性能

3.4 测试命令

go test ./...                    # 所有包
go test -v ./internal/service/   # 详细输出
go test -race ./...              # 竞态检测
go test -bench=. ./internal/ws/  # 基准测试
go test -cover ./...             # 覆盖率

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4. 基础语法

4.1 Table-driven Unit Test

// internal/service/alert_test.go
package service

import "testing"

func TestLowBatteryAlert(t *testing.T) {
    tests := []struct {
        name    string
        battery int
        want    bool
    }{
        {"normal", 50, false},
        {"low", 15, true},
        {"boundary", 20, false},
    }
    for _, tt := range tests {
        t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {
            got := ShouldAlertLowBattery(tt.battery, 20)
            if got != tt.want {
                t.Errorf("battery=%d: got %v, want %v", tt.battery, got, tt.want)
            }
        })
    }
}

4.2 httptest Handler 测试

func TestGetDeviceSnapshot(t *testing.T) {
    svc := service.NewDeviceService(fakeRepo{})
    mux := http.NewServeMux()
    handler.RegisterDeviceRoutes(mux, svc)

    req := httptest.NewRequest(http.MethodGet, "/api/v1/devices/AGV-001", nil)
    rec := httptest.NewRecorder()
    mux.ServeHTTP(rec, req)

    if rec.Code != http.StatusOK {
        t.Fatalf("status: got %d", rec.Code)
    }
    var body map[string]any
    if err := json.Unmarshal(rec.Body.Bytes(), &body); err != nil {
        t.Fatal(err)
    }
}

4.3 Fake Repository

type fakeRepo struct{}

func (f fakeRepo) GetByID(ctx context.Context, id string) (*domain.Device, error) {
    return &domain.Device{ID: id, X: 10, Y: 20}, nil
}

4.4 Benchmark

func BenchmarkBroadcast(b *testing.B) {
    hub := ws.NewHub()
    go hub.Run()
    // 注册 N 个 mock clients...
    payload := []byte(`{"type":"agv.position","deviceId":"AGV-001"}`)
    b.ResetTimer()
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        hub.Broadcast(payload)
    }
}

4.5 Race 检测

WebSocket Hub 的 register/unregister/broadcast 必须在 -race 下无报警：

go test -race ./internal/ws/ -count=1

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5. 代码解析

t.Run 子测试：失败时定位到具体 case 名称，类似 Jest 的 it.each。

httptest.NewRecorder：内存 ResponseWriter，不占用端口，测试并行安全。

b.ResetTimer()：排除 setup 时间，只计循环体。

Fake vs Mock：Fake 是简化实现；Mock 通常指 testify/mock 等代码生成，本路线 Fake 足够。

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6. JavaScript / TypeScript 对比

概念	Jest / Vitest	Go testing
文件	*.test.ts	*_test.go
断言	expect(x).toBe(y)	if got != want { t.Error(...) }
表驱动	test.each	[]struct{...} + t.Run
HTTP 测试	supertest	httptest
覆盖率	--coverage	-cover
性能	无内置	-bench 内置

Go 测试与源码同包或 _test 外部测试包（package service_test 测公开 API）。

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7. 常见错误

错误 1：测试依赖真实生产 DB

测试应可重复、隔离，使用内存实现或测试容器。

错误 2：不测边界条件

电量 20%、坐标 0、空 room 等边界是 bug 温床。

错误 3：忽略 -race

Hub 偶发 panic 难以复现，race detector 能提前发现。

错误 4：Benchmark 在 CI 中不设 -benchtime

默认 1s 可能波动大，关注趋势而非绝对值。

错误 5：Integration Test 与 Unit Test 混在同一文件无 build tag

可用 //go:build integration 分离慢测试。

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8. 实际应用

Project 03 测试清单

层级	测试内容
service	低电量告警、坐标边界、Room 路由逻辑
handler	GET snapshot 200/404，非法 JSON 400
ws	Hub 注册/注销、Broadcast 不 panic、race 通过
benchmark	json.Marshal(AGVPositionMsg)、Broadcast 100 clients

CI 最小命令（Phase 08 详述）：

go vet ./...
go test ./...
go test -race ./...

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9. 深入理解

9.1 外部测试包

package handler_test 只能测导出符号，模拟真实调用方视角。

9.2 TestMain

func TestMain(m *testing.M) {
    setup()
    code := m.Run()
    teardown()
    os.Exit(code)
}

Integration Test 共享 DB setup/teardown。

9.3 Fuzzing（Go 1.18+）

func FuzzParseCoordinate(f *testing.F) {
    f.Add("12.5")
    f.Fuzz(func(t *testing.T, s string) { ... })
}

可选扩展，用于解析客户端消息的健壮性。

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10. 练习

详细练习见 exercises/phase-07-engineering/02-testing-benchmark.md。

Level 1 — 基础

练习 1.1：为 ShouldAlertLowBattery 写 table-driven test。

练习 1.2：用 httptest 测试 GET /health 返回 200。

Level 2 — 应用

练习 2.1：Fake Repository + service 层 GetDevice 测试。

练习 2.2：Hub register/unregister 后 clients 数量断言。

Level 3 — 综合

练习 3.1：Integration test：POST 创建设备 → GET 验证。

练习 3.2：go test -race ./internal/ws/ 修复竞态。

Level 4 — 项目实践

练习 4.1：Project 03 核心路径测试覆盖率 > 60%，benchmark 报告 JSON 序列化 ns/op。

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11. 学习检查

1. *_test.go 文件如何与源码关联？
2. table-driven test 的优势是什么？
3. httptest 与真实 ListenAndServe 测试有何不同？
4. 何时用 Integration Test 而非 Unit Test？
5. -race 解决什么问题？

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12. 下一步

已完成	下一知识点	关系
Unit · Integration · Benchmark	Docker · Docker Compose	测试通过 → 容器化交付

下一步学习 Docker 镜像构建与 Compose 多服务编排，实现本地一键启动 Go + PostgreSQL + Redis。

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