应用Selenium进行Web测试

应用Selenium进行Web测试时，经常会遇到下面的几个麻烦问题：

1. 大量使用name、id、xpath等页面元素。无论是功能修改、UI重构还是交互性改进都会影响到这些元素，这使得Selenium测试变得非常脆弱。
2. 过于细节的页面操作不容易体现出行为的意图，一段时间之后就很难真正把握测试原有的目的了，这使得Selenium测试变得难于维护。
3. 对具体数据取值的存在依赖，当个别数据不再合法的时候，测试就会失败，但这样的失败并不能标识功能的缺失，这使得Selenium测试变得脆弱且难以维护。

而这几点直接衍生的结果就是不断地添加新的测试，而极少地去重构、利用原有测试。其实这倒也是正常，单元测试测试写多了，也有会有这样的问题。不过比较要命的是，Selenium的执行速度比较慢（相对单元测试），随着测试逐渐的增多，运行时间会逐渐增加到不可忍受的程度。一组意图不明而且难以维护的Selenium测试，可以很轻松地在每次构建（Build）的时候杀掉40分钟甚至2个小时的时间，我就有曾有花2个小时坐在电脑前面等待450个Selenium测试运行通过的悲惨经历。因此合理有效地规划Selenium测试就显得格外的迫切和重要了。而目前比较行之有效的办法，往大了说，可以叫基于领域的Web测试（Domain Based Web Testing），具体来讲，就是Page Object Pattern。

Page Object Pattern里有四个基本概念：Driver、Page、Navigator和Shortcut等。Driver是测试真正的实现机制，比如Selenium，比如Watir，比如HttpUnit。它们懂得如何去真正执行一个Web行为，通常包含像Click、Select、Type等这样的表示具体行为的方法；Page是对一个具体页面的封装，它们了解页面的结构，知道诸如id、name、class和xpath这类实现细节，并描述用户可以在其上进行何种操作；Navigator则代表了URL，表示一些不经页面操作的直接跳转；最后Shortcut就是helper方法了，需要看具体的需要而定。下面来看一个超级简单的例子——测试登录页面。

1. Page Object

假设我们使用一个单独的登录页面进行登录，那么可能会将登录的操作封装在一个名为LoginPage的page object里：

class LoginPage
  def initialize driver
    @driver = driver
  end
  
  def login_as user
    @driver.type 'id=...', user[:name]
    @driver.type 'xpath=...', user[:password]
    @driver.click 'name=...'
    @driver.wait_for_page_to_load
  end
end

login_as是一个具有业务含义的页面行为。在login_as方法中，page object负责通过依靠id、xpath、name等信息完成登录操作。在测试中，我们可以这样来使用这个page object：

page = LoginPage.new $selenium
page.login_as :name => 'xxx', :password => 'xxx'

不过既然用了Ruby，总要用一些ruby sugar吧，我们定义一个on方法来表达页面操作的环境：

def on page_type, &block
  page = page_type.new $selenium
  page.instance_eval &block if block_given?
end

之后我们就可以使用page object的类名常量和block描述在某个特定页面上操作了：

on LoginPage do
  login_as :name => 'xxx', :password => 'xxx'
end

除了行为方法之外，我们还需要在page object上定义一些获取页面信息的方法，比如获取登录页面的欢迎词的方法：

def welcome_message
  @driver.get_text 'xpath=...'
end

这样测试也可表达得更生动一些：

on LoginPage do
  assert_equal 'Welcome!', welcome_message
  login_as :name => 'xxx', :password => 'xxx'
end

当你把所有的页面都用Page Object封装了之后，就有效地分离了测试和页面结构的耦合。在测试中，只需使用诸如login_as和add_product_to_cart这样的业务行为，而不必依靠像id、name等这些具体且易变的页面元素了。当这些页面元素发生变化时，只需修改相应的page object就可以了，而原有测试基本不需要太大或太多的改动。

2. Assertation

只有行为还构不成测试，我们还要判断行为结果，并进行一些断言。简单回顾一下上面的例子，会发现还有一些很重要的问题没有解决：我怎么判断登录成功了呢？我如何才能知道真的是处在登录页面了呢？如果我调用下面的代码会怎样呢？

$selenium.open url_of_any_page_but_not_login
on LoginPage {...}

因此我们还需要向page object增加一些断言性方法。至少，每个页面都应该有一个方法用于判断是否真正地达到了这个页面，如果不处在这个页面中的话，就不能进行任何的业务行为。下面修改LoginPage使之包含这样一个方法：

LoginPage.class_eval do
  include Test::Unit::Asseration
  def visible?
    @driver.is_text_present(...) && @driver.get_location == ...
  end
end

在visible?方法中，我们通过对一些特定的页面元素（比如URL地址，特定的UI结构或元素）进行判断，从而可以得之是否真正地处在某个页面上。而我们目前表达测试的基本结构是由on方法来完成，我们也就顺理成章地在on方法中增加一个断言，来判断是否真的处在某个页面上，如果不处在这个页面则不进行任何的业务操作：

def on page_type, &block
  page = page_type.new $selenium
  assert page.visible?, "not on #{page_type}"
  page.instance_eval &block if block_given?
  page
end

这个方法神秘地返回了page对象，这里是一个比较取巧的技巧。实际上，我们只想利用page != nil这个事实来断言页面的流转，比如，下面的代码描述登录成功的页面流转过程：

on LoginPage do
  assert_equal 'Welcome!', welcome_message
  login_as :name => 'xxx', :password => 'xxx'
end
assert on WelcomeRegisteredUserPage

除了这个基本断言之外，我们还可以定义一些业务相关的断言，比如在购物车页面里，我们可以定义一个判断购物车是否为空的断言：

def cart_empty?
  @driver.get_text('xpath=...') == 'Shopping Cart(0)'
end

需要注意的是，虽然我们在page object里引入了Test::Unit::Asseration模块，但是并没有在断言方法里使用任何assert*方法。这是因为，概念上来讲page object并不是测试。使之包含一些真正的断言，一则概念混乱，二则容易使page object变成针对某些场景的test helper，不利于以后测试的维护，因此我们往往倾向于将断言方法实现为一个普通的返回值为boolean的方法。

3. Test Data

测试意图的体现不仅仅是在行为的描述上，同样还有测试数据，比如如下两段代码：

on LoginPage do
  login_as :name => 'userA', :password => 'password'
end
assert on WelcomeRegisteredUserPage

registered_user = {:name => 'userA', :password => 'password'}
on LoginPage do
  login_as registered_user
end
assert on WelcomeRegisteredUserPage

测试的是同一个东西，但是显然第二个测试更好的体现了测试意图：使用一个已注册的用户登录，应该进入欢迎页面。我们看这个测试的时候，往往不会关心用户名啊密码啊具体是什么，我们关心它们表达了怎样的测试案例。我们可以通过DataFixture来实现这一点：

module DataFixture
  USER_A = {:name => 'userA', :password => 'password'}
  USER_B = {:name => 'userB', :password => 'password'}

  def get_user identifier
    case identifier
    when :registered then return USER_A
    when :not_registered then return USER_B
    end
  end
end

在这里，我们将测试案例和具体数据做了一个对应：userA是注册过的用户，而userB是没注册的用户。当有一天，我们需要将登录用户名改为邮箱的时候，只需要修改DataFixture模块就可以了，而不必修改相应的测试：

include DataFixtureDat

user = get_user :registered
on LoginPage do
  login_as user
end
assert on WelcomeRegisteredUserPage

当然，在更复杂的测试中，DataFixture同样可以使用真实的数据库或是Rails Fixture来完成这样的对应，但是总体的目的就是使测试和测试数据有效性的耦合分离：

def get_user identifier
  case identifier
  when :registered then return User.find '....'  
  end
end

4.Navigator

与界面元素类似，URL也是一类易变且难以表达意图的元素，因此我们可以使用Navigator使之与测试解耦。具体做法和Test Data相似，这里就不赘述了，下面是一个例子：

navigate_to detail_page_for @product
on ProductDetailPage do
  ....
end

5. Shortcut

前面我们已经有了一个很好的基础，将Selenium测试与各种脆弱且意图不明的元素分离开了，那么最后shortcut不过是在蛋糕上面最漂亮的奶油罢了——定义具有漂亮语法的helper：

def should_login_successfully user
  on LoginPage do
    assert_equal 'Welcome!', welcome_message
    login_as user
  end
  assert on WelcomeRegisteredUserPage
end

然后是另外一个magic方法：

def given identifer
  words = identifier.to_s.split '_'
  eval "get_#{words.last} :#{words[0..-2].join '_'}"
end

之前的测试就可以被改写为：

def test_should_xxxx
  should_login_successfully given :registered_user
end

这是一种结论性的shortcut描述，我们还可以有更behaviour的写法：

def login_on page_type
  on page_type do
    assert_equal 'Welcome!', welcome_message
    login_as @user
  end 
end

def login_successfully
  on WelcomeRegisteredUserPage
end

def given identifer
  words = identifier.to_s.split '_'
  eval "@#{words.last} = get_#{words.last} :#{words[0..-2].join '_'}"
end

最后，测试就会变成类似验收条件的样子：

def test_should_xxx
  given :registered_user
  login_on LoginPage
  assert login_successfully
end

总之shortcut是一个无关好坏，只关乎想象力的东西，尽情挥洒Ruby DSL吧！

结论

Selenium是一个让人又爱又恨的东西，错误地使用Selenium会给整个敏捷团队的开发节奏带来灾难性的影响。不过值得庆幸的是正确地使用Selenium的原则也是相当的简单：

1. 通过将脆弱易变的页面元素和测试分离开，使得页面的变化不会对测试产生太大的影响。
2. 明确指定测试数据的意图，不在测试用使用任何具体的数据。
3. 尽一切可能，明确地表达出测试的意图，使测试易于理解。

当然，除了遵循这几个基本原则之外，使用page object或其他domain based web testing技术是个不错的选择。它们将会帮助你更容易地控制Selenium测试的规模，更好地平衡覆盖率和执行效率，从而更加有效地交付高质量的Web项目。

此文中涉及的都是我最近几周以来对Selenium测试进行重构时所采用的真实技术。感谢Nick Drew帮助我清晰地划分了Driver、 Page、Nagivator和Shortcut的层次关系，它们构成我整个实践的基石；感谢Chris Leishman，在和他结对编程的过程中，他帮助我锤炼了Ruby DSL；还有Mark Ryall和Abhi，是他们第一次在项目中引入了Test Data Fixture，使得所有人的工作都变得简单起来。

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作者简介：徐昊，ThoughtWorks咨询师和敏捷过程教练；BJUG（Beijing Java User Group）和AgileChina主要创始人之一；RSSer（Ruby，Smalltalk & Scheme）。目前主要致力于研究编译理论和推广DSL（Domain Specified Language）在实际项目中的应用。他的博客地址是：http://www.blogjava.net/raimundox。