聊聊白盒测试的技术、类型和示例

白盒测试是一种测试软件内部结构的方法。高质量的软件是任何企业或组织的基础。简单地说，软件的质量可以成就或破坏您的业务。这就是测试人员使用各种软件测试技术来确保高质量软件的原因。其中之一是白盒测试。与黑盒测试不同，黑盒测试关注输入输出功能而不知道内部代码结构，白盒测试需要对源代码有深刻的理解。在这篇博客中，我们将探讨白盒测试的方法，它的定义，类型，示例等等。请继续阅读

一、什么是白盒测试？

白盒测试，也称为透明盒测试或玻璃盒测试，是一种测试人员了解被测软件的内部结构、设计和实现细节的技术。测试人员了解软件的功能，并可以针对代码的内部条件创建测试用例。

白盒测试的主要目标是验证代码的正确性和有效性，确保它按预期运行并满足标准需求。

什么时候应该使用白盒测试？

白盒测试在软件开发周期中起着重要的作用。以下是一些可以使用白盒测试的场景：

1、确保软件的各个组件正常工作

2、测试详细的代码结构和逻辑分支

3、当确保代码的每一行和每一分支都被执行时

4、在初始编码阶段识别并修复错误

5、查找代码中的漏洞并防止安全威胁

6、在组合之前验证单个单元的功能

7、通过识别低效代码路径来提高性能

8、确保最近的更改不会对现有功能产生负面影响

9、确保算法在各种条件下按预期工作

10、在软件更新或修复期间检查和验证代码更改

白盒测试的历史与发展

二、白盒测试的好处

白盒测试提供了许多增强整个软件开发过程的优势。以下是一些关键的好处：

早期缺陷检测：白盒测试允许在开发的早期阶段识别错误和问题，使开发人员能够在缺陷升级并变得更加复杂和昂贵之前修复缺陷。

彻底的代码测试：这种方法确保全面覆盖代码库，测试所有语句，分支和路径，以发现隐藏的错误和可能在黑盒测试中遗漏的边缘情况。

优化机会：白框标识低效的代码段， 允许进行优化以提高软件性能、可读性和可维护性。

提高代码质量：通过促进对编码标准和最佳实践的遵守，白盒测试有助于开发干净的、有良好文档记录的和可维护的代码，从而产生健壮和可靠的软件。

自动化测试集成：白盒测试可以轻松地与自动化测试框架和工具集成，提高测试流程的速度和准确性，同时减少手动工作，并支持持续集成和持续交付（CI/CD）管道。

三、在白盒测试中验证什么

测试人员通过检查源代码并理解其实现细节来验证软件应用程序的内部结构、逻辑和功能。

代码覆盖：测试人员确保代码中的所有语句、分支、路径和条件至少执行一次。这有助于识别未测试或死代码段，并确保代码的每个部分都经过测试以确保功能正确。

错误处理：测试人员验证您的应用程序如何处理错误和异常，以确认它优雅地处理意外情况。它们验证是否向用户显示了适当的错误消息，以及是否正确记录了错误以供进一步分析。

数据流：测试人员通过应用程序跟踪数据流，以确保正确处理和管理数据流。他们验证数据转换和存储操作是否符合要求的规范，从而确保数据的完整性和准确性。

控制流：测试人员分析应用程序的逻辑流，以确保测试所有可能的执行路径。它们确保循环、条件和分支在各种场景下按预期工作，并确保应用程序逻辑是合理的。

功能正确性：测试人员验证软件是否正确执行其预期功能，以及实现的逻辑是否符合指定的要求。这涉及到测试各个函数及其交互，以确保整体正确性。

性能和可伸缩性：测试人员评估代码的效率并确定性能瓶颈。他们验证应用程序是否可以适当地处理不断增加的负载和扩展，确保它满足不同条件下的性能和可扩展性要求。

四、白盒测试的类型

白盒测试涉及各种技术来彻底检查软件应用程序的内部工作。以下是白盒测试的类型：

单元测试：单元测试涉及单独测试软件的单个单元或组件。开发人员编写测试用例来验证函数、方法或类的正确性。它确保每个单元都按预期运行，并有助于在开发周期的早期发现bug。

集成测试：集成测试验证软件的集成单元或组件之间的交互。它确保组合单元无缝地协同工作。测试人员验证数据通信、依赖关系和模块接口，以识别集成问题并确保整体系统功能。

回归测试：回归测试确保最近的代码更改不会对现有功能产生不利影响。重新执行测试用例，以确认先前开发和测试的软件在修改后正确运行。它通过防止回归问题来帮助维护软件质量。

突变测试：突变测试通过在代码库中引入小的修改或“突变”来评估测试用例的有效性。这些突变模拟潜在的故障或缺陷。其目的是确定现有的测试套件是否可以检测和识别这些变化，从而提高测试用例的鲁棒性。

安全测试：安全测试识别软件应用程序中的漏洞和弱点。它包括对常见安全问题的测试，如SQL注入、跨站脚本（XSS）和缓冲区溢出攻击。安全测试确保应用程序能够抵御潜在的安全威胁，并遵守安全最佳实践。

五、白盒测试的实际应用

一些组织执行白盒测试以确保他们的软件是高质量的，从而提高用户满意度。请考虑以下示例：

Google在其产品和服务中广泛使用白盒测试，包括Google搜索，Gmail和Google Cloud Platform。例如，Google搜索中的白盒测试确保搜索算法有效运行，并根据复杂的排名标准提供准确的结果。Google的测试团队通过分析源代码来识别潜在的漏洞、优化性能，并通过确保其平台的可靠性和安全性来增强用户体验。

亚马逊严格地将白盒测试应用于其电子商务平台、AWS云服务和Kindle设备。例如，在AWS中，白盒测试确保云服务可靠地运行，安全地处理数据，并为全球数百万客户有效地扩展。亚马逊的测试团队仔细检查其平台的内部架构和代码，以识别和解决性能瓶颈、安全缺陷和兼容性问题，从而提高其服务的整体可靠性和弹性。

六、关于白盒测试的常见误解

像软件开发的任何方面一样，白盒测试被误解和神话所包围。以下是关于白盒测试的一些常见误解：

误解1：白盒测试只适用于开发人员

事实：虽然开发人员在单元测试期间执行白盒测试，但这并不局限于他们。测试人员和质量保证专业人员还进行白盒测试，以确保软件应用程序的全面覆盖和健壮性。

误解2：白盒测试昂贵且耗时

事实：白盒测试确实可以自动化，减少时间和工作量。用于代码覆盖和静态代码分析的工具简化了过程，通过早期捕获问题使其长期有效且具有成本效益。

误解3：白盒测试取代黑盒测试

事实：白盒测试补充了黑盒测试。虽然白盒测试验证内部结构和逻辑，黑盒测试侧重于用户交互和输出。从不同的角度来看，这两者都是确保软件质量所必需的。

误解4：100%的代码覆盖率意味着没有bug的软件

事实：虽然代码覆盖率很重要，但它并不能保证软件没有bug。它确保代码的所有部分都能被执行，但是拥有覆盖各种场景和边缘情况的有效测试用例也同样重要。

误解5：白盒测试只适用于小项目

事实：白盒测试是可扩展的，适用于任何规模的项目。无论是小型应用程序还是大型企业系统，白盒测试都有助于确保代码质量、可靠性和安全性。

误解6：白盒测试发现所有错误

事实：虽然白盒测试是彻底的，但它主要测试代码中已知或预期的内容。它可能无法检测到意外的行为或与外部系统的交互，而其他测试方法，如集成测试和系统测试，则可以发挥作用。

误解7：白盒测试难以学习和实现

事实：虽然很好地理解编程概念是有益的，但基本的白盒测试技术（如单元测试）可以通过适当的指导和培训来学习和实现。许多工具和框架也简化了这个过程。

七、白盒与黑盒技术：有什么区别？

白盒测试检查软件的内部结构和逻辑，以验证代码质量并识别特定缺陷，需要深入的技术知识。黑盒测试从最终用户的角度评估软件，重点关注行为，可用性和满足功能需求。这样做不需要了解内部代码实现。

每种方法都是对其他方法的补充，以确保全面的软件测试和质量保证。

特征	白盒测试	黑盒测试
重点	评估软件的内部结构、逻辑和实现细节	在不了解内部结构的情况下评估软件的行为
知识要求	需要了解内部代码、算法和实现	不需要了解内部代码或实现细节
测试设计	测试用例是根据应用程序的内部工作原理设计的，包括代码路径、分支和条件	测试用例是根据功能规范、需求和用户期望设计的
测试方法	测试单个单元（单元测试）、组件集成（集成测试）和系统范围的功能（系统测试）	从用户的角度测试应用程序功能，通常包括功能、可用性和性能方面
覆盖	确保全面覆盖代码路径、语句、分支和条件（代码覆盖率）	验证所有指定的需求和功能是否按预期工作（需求覆盖率）
知识技能	需要编程技能和对软件架构的理解	专注于领域知识、测试技术和用户体验
调试	帮助精确定位特定代码问题并在粒度级别进行调试	解决功能性问题，而不深入了解特定的代码问题
使用的工具	工具包括代码覆盖率分析器、静态代码分析工具和调试实用程序	工具包括测试框架、记录和回放工具以及自动化测试工具
适用性	通常由能够访问源代码的开发人员和测试人员在开发阶段使用	测试人员、QA工程师和利益相关者在整个软件开发生命周期中应用，以验证用户需求

八、白盒与灰盒技术

灰盒测试通过部分地访问内部工作来组合白盒和黑盒测试元素。这种技术在详细的见解和外部观点之间提供了平衡。它允许测试人员在验证代码功能的同时模拟真实世界的场景，使其成为全面测试策略的通用工具。

白盒测试	灰盒测试
知识需求	需要详细了解内部代码、算法和实现细节	需要部分了解内部代码，通常限于某些方面或模块
访问代码	测试人员可以完全访问源代码，并可以查看、修改和设计基于源代码的测试	测试人员对源代码或文档的某些部分的访问权限有限
测试设计	测试用例的设计基于对内部工作的充分理解，包括代码路径、分支和条件	测试用例是在部分理解的情况下设计的，集中在内部知识可用的特定领域
范围	侧重于全面覆盖代码功能和内部逻辑	在测试内部组件和外部行为之间进行平衡，而无需完全访问实现细节
测试方法	包括单元测试、集成测试和基于内部结构的系统测试	结合白盒和黑盒测试的各个方面来测试特定的模块或接口
应用程序上下文	通常由开发人员和测试人员在开发阶段使用	应用于内部工作的部分知识可用的场景，例如客户端-服务器应用程序或第三方集成
好处	提供对代码质量的深入洞察，识别特定的代码级问题，并确保对所有路径进行彻底测试	在测试深度和外部功能覆盖范围之间提供平衡，适用于不可能或不需要完全透明的场景
挑战	需要具有编程专业知识的熟练测试人员，并且可能会忽略从用户角度测试的方面	受限于可用知识的范围，这可能会妨碍对复杂应用程序的彻底测试
工具和技术	依赖于代码覆盖率工具、静态分析工具和调试实用程序	利用自动化测试工具、API测试工具和有限的调试器进行测试

九、用于白盒测试的工具和框架

白盒测试工具和框架允许开发人员和测试人员验证代码功能，并在整个开发生命周期中保持高软件质量标准：

JUnit是一个Java框架，通过允许开发人员定义测试用例，执行它们并断言预期结果来促进单元测试，通过自动化测试实践提高代码可靠性。

PyTest是一个Python测试框架，提供了简单的语法和强大的功能，如fixture和参数化。它可以有效地测试Python应用程序，并轻松集成到现有的工作流程中。

Selenium WebDriver对于跨多个浏览器自动化Web应用程序测试至关重要，提供用于模拟用户交互和验证Web元素的API，这对于确保Web开发中的功能和兼容性至关重要。

Mockito是一个Java mocking框架，通过创建模拟对象来模拟行为并验证组件之间的交互，从而简化了单元测试。它有助于独立地隔离和测试代码库的各个部分。

JaCoCo是一个Java项目的代码覆盖工具，它可以测量和报告代码覆盖度量，包括行、分支和方法覆盖。它支持开发人员评估测试的全面性并确定需要改进的地方。

十、白盒测试示例

下面是一个示例场景，说明如何将白盒测试应用于注册表单：

1. 功能正确性：

测试用例：提交包含所有字段有效数据的表单，并验证注册是否成功。

测试步骤：

请输入有效的用户名、电子邮件地址和密码。

点击提交按钮。

验证注册过程是否成功完成且没有错误。

2.边界值分析：

测试用例：使用每个输入字段的边界值对表单进行验证。

测试步骤：

在用户名、电子邮件和密码字段中输入允许的最小字符数。

在用户名、电子邮件和密码字段中输入允许的最大字符数。

验证窗体是否正常处理边缘情况，而不会崩溃或产生意外错误。

2. 错误处理：

测试用例：提交带有无效或缺失数据的表单，并验证错误消息。

测试步骤：

使用无效的电子邮件格式提交表单。

使用不符合复杂性要求的密码提交表单。

验证特定错误消息是否显示在相应字段旁边。

3. 代码覆盖率：

测试用例：利用代码覆盖工具跟踪代码路径的执行。

测试步骤：

执行涵盖不同场景的测试用例（有效和无效输入）。

使用代码覆盖率工具来分析代码的哪些部分在测试期间被执行。

以高百分比的代码覆盖率为目标，以识别注册表单逻辑中任何未经测试或被忽视的区域。

十一、执行白盒测试的技术

白盒测试采用几种技术来确保代码和逻辑的完全覆盖。以下是每种技术的简要概述：

静态分析：静态分析涉及在不执行代码的情况下审查和分析代码。您可以使用工具检查源代码，识别潜在缺陷，强制执行编码标准，并在开发早期检测漏洞。

动态分析：动态分析涉及使用测试输入执行代码，以检查其在运行时的行为。它包括代码分析、内存泄漏检测和性能分析等技术，以识别运行时错误并优化资源使用。

语句覆盖率：语句覆盖率旨在对代码中的每个语句至少测试一次。测试用例旨在确保在测试期间执行每一行代码，验证所有语句对整体功能的贡献。

分支测试：分支测试测试代码中所有可能的分支（决策）。测试用例被设计成确保代码中的每个决策点，比如if-else语句和switch用例，都是用true和false条件来评估的。

路径测试：路径测试旨在测试代码中的每一条可能路径。它涉及识别和测试所有唯一的语句和分支序列，以确保代码控制流的全面覆盖。

循环测试：循环测试的重点是测试代码中的循环。测试用例被设计为使用不同的输入值（包括最小值、最大值和边界值）执行循环，以验证循环边界、退出条件和迭代行为

基本路径测试：基本路径测试是一种结构化测试技术，它识别和测试通过代码的独立路径。它使用控制流图来分析代码的逻辑，并确保每个基本路径在测试期间至少执行一次。

条件覆盖：条件覆盖，也称为谓词覆盖，确保代码中的所有条件表达式（布尔条件）都被评估为真和假结果。测试用例被设计为在决策点内执行所有可能的条件组合。

十二、白盒测试的挑战

白盒测试有很多优点。但它也带来了一些挑战。在这里，看看其中一些潜在的挑战和克服它们的方法：

代码的复杂性：复杂的代码库使得理解所有路径和交互变得很有挑战性，从而导致测试中的潜在疏忽。将代码分解为更小的、可管理的单元进行测试，并根据关键功能确定测试的优先级，这有助于识别测试覆盖率中的差距。

测试用例设计：对于白盒测试，有必要在测试用例的详尽性和有效完成测试用例的需求之间找到一个平衡。为了应对这一挑战，您应该与开发人员密切合作，以了解代码更改，关注关键路径和边缘案例，并自动化重复的测试场景，以简化测试过程并确保全面覆盖。

代码更改：代码中的频繁更改使白盒测试复杂化，因为对代码库所做的每一次更改都可能影响现有功能。为了解决这个问题，必须提出合适的回归测试策略，维护一个可以自动化的测试套件，以使测试更快，并使用版本控制系统来跟踪对代码的更改，并在新代码更新时频繁更新测试用例。

过拟合：当测试用例与特定的实现细节联系得太紧密，而不是关注更广泛的功能需求时，就会发生过拟合。为了缓解这种情况，您应该采用基于风险的测试方法，根据关键功能和潜在风险确定测试的优先级，并定期审查和重构测试用例，以确保它们保持相关性和有效性。

技能要求：白盒测试需要编程、软件架构和测试方法方面的专业技能。克服技能挑战包括为测试人员提供持续培训和提高技能的机会，促进团队成员之间的知识共享，以及利用协作工具和技术来增强整个团队的沟通和熟练程度。

十三、白盒测试的最佳实践

以下是一些实践，您可以遵循这些实践来充分利用白盒测试技术：

开始理解软件如何交互以做出决策。一旦您理解了软件的结构、逻辑和算法，就可以编写测试用例。

目标是全面覆盖代码路径，包括语句、分支和条件，以确保彻底的测试。

设计测试用例，验证预期和边缘情况场景，以发现潜在的漏洞或错误。

利用自动化测试工具和代码分析框架来简化测试流程并提高效率。

定期检查测试用例，并根据需要重构代码，以提高可读性、可维护性和效率。

将白盒测试无缝集成到开发生命周期中，以便及早发现问题并加快解决速度。

十四、结论

虽然白盒测试是一种流行的技术，但有时它对测试人员来说是一种挑战。因此，对测试环境、工具、技术和测试用例设计有一个清晰的理解可以证明是有益的。无论是通过单元测试、集成测试还是回归测试，这种方法都有助于及早识别和修复问题，从而产生更可靠和更健壮的软件。

原文始发于微信公众号（StaticCodeAnalysis）：聊聊白盒测试的技术、类型和示例