自动化测试框架设计实践

迷南。 2023-10-12 14:57 39阅读 0赞

**自动化测试框架大致可以分为这么几类：单元测试框架、工具型自动化测试框架和业务型自动化测试框架**。单元测试框架大家都比较熟了，比如知名的 xUnit 系列；工具型自动化测试框架提供对特定对象的操作封装，比如 Selenium、UIAutomator 等；业务型自动化测试框架通常基于前两者，是面向特定业务而开发的框架。

我们为什么需要框架？或者说我们什么时候需要框架？这就得先讲下框架的作用。关于框架的说法有很多，比如提升效率、简化流程、促进质量等等，我觉得可以做一些精简，核心归纳成两个词：复用、约束。

复用来源于框架提供的底层统一抽象、各种工具包和封装代码，用于提升我们的开发效率。比如 Selenium 统一了 Chrome 和 Firefox 的操作，编写一套代码就能作用于多个浏览器；再比如很多团队的业务自动化测试框架，会将登录流程封装成一个公共方法，供其他业务流程直接调用。

约束则由框架内置的工作流或对外的接口来定义，使得基于框架编写的代码更加规范，便于将来扩展和维护。比如 React 会对输出到 HTML 中的文本做转义处理，避免来自 XSS 的危胁；再比如一些应用框架会自动记录用户的访问链路日志，确保所有的调用均可被追踪，有助于应用的可维护性。

有时候我们会在框架的选型上遇到困惑，纠结使用哪种框架（和语言）最好。其实没有所谓“最好”的框架，每个框架都有其特点。**我们在考虑要不要采用某种框架时，必须先考虑它的 ROI**。可以参考团队的主要技术栈、平均水平、业务适性、框架成熟度等因素，不要为了新鲜或流行之类的理由，而去使用一个并不适合的框架。

举个例子，有团队因为业务使用 JAVA，于是自动化测试框架代码也要求使用 JAVA 编写，开发、调试成本翻了几倍，完全没有必要。笔者也曾踩过类似的坑，为了追求“先进”而使用了某个新出的自动化框架，不想却因为该框架缺乏充分的文档和成熟的社区，开发过程困难重重，最后不得不推倒重来。

回到上面说的几类框架里：单元测试框架可介绍的点不多，而且一般也不由质量团队来编写，这里就不再继续展开；工具型自动化测试框架基于特定对象，数量相对较多，也没有很大的共性，不妨放到后面慢慢讲；下个小节先从业务型自动化测试框架开始。

## **自动化框架分层设计** ##

业务型自动化测试框架没有固定的形式，对于缺乏相关经验的小伙伴而言，大体的印象可能就是 PO 模式、关键字驱动之类。常见的业务框架包括 API 层和 UI 层，UI 层相对更为复杂，如果能够理解 UI 层的设计，API 层自然也能明白。所以我们再把范围缩小到 UI 层业务型自动化测试框架上。

![4aa59ddacc394713911251047618d65c.png][]

说到 UI 测试框架，基本就绕不开 PO 模式，**即 Page Object Model，一种框架分层设计的思想**。我们前面讲过框架的其中一个主要作用就是复用，分层设计也是这个逻辑。我们来看这样一个场景：某商城后台系统有这么几个页面：一个登录页，包含两个输入框和一个提交按钮；一个商品列表页，展示可编辑的商品项；还有一个账号中心页，可以修改自己的个人信息。很显然，后两个页面都需要先登录才能访问。

现在我们要测试商品编辑和修改密码这两个用例，最原始的测试代码写法就是在两个 Case 文件中分别编写各自的测试逻辑（以下省略 driver 的初始化过程），例如：

// 登录
    driver.find_element(By.ID, "name").send_keys("admin")
    driver.find_element(By.ID, "password").send_keys("123456")
    driver.find_element(By.ID, "button").click()
    
    // 编辑商品
    driver.get("https://www.xxx.com/products")
    driver.find_element(By.XPATH, "...").click()
    driver.find_element(By.ID, "product_name").send_keys("Keyboard")
    driver.find_element(By.ID, "submit").click()
    
    // 断言部分
    ......

// 登录
    driver.find_element(By.ID, "name").send_keys("admin")
    driver.find_element(By.ID, "password").send_keys("123456")
    driver.find_element(By.ID, "button").click()
    
    // 修改密码
    driver.get("https://www.xxx.com/account/password/modify")
    driver.find_element(By.ID, "current_password").send_keys("123456")
    driver.find_element(By.ID, "new_password").send_keys("654321")
    driver.find_element(By.ID, "submit").click()
    
    // 断言部分
    ......

我们发现登录部分是通用的，可以把它抽象成一个 LoginPage 类，和一个登录方法 login，单独放在别的文件里，原来的测试代码就可以简化成：

// 登录
    LoginPage(driver).login("admin", "123456")
    
    // 编辑商品
    driver.get("https://www.xxx.com/products")
    driver.find_element(By.XPATH, "...").click()
    driver.find_element(By.ID, "product_name").send_keys("Keyboard")
    driver.find_element(By.ID, "submit").click()
    
    // 断言部分
    ......

// 登录
    LoginPage(driver).login("admin", "123456")
    
    // 修改密码
    driver.get("https://www.xxx.com/account/password/modify")
    driver.find_element(By.ID, "current_password").send_keys("123456")
    driver.find_element(By.ID, "new_password").send_keys("654321")
    driver.find_element(By.ID, "submit").click()
    
    // 断言部分
    ......

抽象出来有什么好处呢？假设登录的流程发生了一些变化，比如多了一个手机验证码，那么只要修改 LoginPage.login() 里的代码就好，不需要修改每个测试文件；还有一点，我们对账号名和密码做了参数化，就可以在不同的测试里，使用不同的账号身份。**印证前面说的，分层的目的就是为了复用**。

那为什么要以 Page 作为分层的维度？这个倒也没有硬性规定，只是对于前端应用而言，Page 相对比较独立，理解起来方便，颗粒度也适中。如果一定要以其它维度，比如业务模块来分割也行，只是文件长度很难控制，而且像登录页属于公共模块还是用户模块，各人会有各自的看法，没必要在这里增加无谓的理解成本。

说过了 Page，再进一步解释 Object。延续上面的例子，如果直接把登录部分写成 Login Page 的 login 方法，差不多是这个样子：

逻辑比较简单，我们加点复杂度，在页面上增加一个校验用户名是否存在的功能：点击另一个按钮，校验 name 文本框中输入的名字是否已经存在。那么现在 LoginPage 中就有两个方法：

class LoginPage {
    
      ... // 其他代码
      
      def login(self, name, password) {
        self.driver.find_element(By.ID, "name").send_keys(name)
        self.driver.find_element(By.ID, "password").send_keys(password)
        self.driver.find_element(By.ID, "button").click()
      }
      
      def check_user_name(self, name) {
        self.find_element(By.ID, "name").send_keys(name)
        self.find_element(By.ID, "check_button").click()
      }
    }

我们又会发现，driver.find\_element(By.ID, "name") 重复出现了，同样的道理，我们希望尽量复用代码，所以又把页面元素也独立了出来：

class LoginPage {
    
      ... // 其他代码
      
      input_name = self.driver.find_element(By.ID, "name")
      
      def login(self, name, password) {
        self.input_name.send_keys(name)
        self.find_element(By.ID, "password").send_keys(password)
        self.find_element(By.ID, "button").click()
      }
      
      def check_user_name(self, name) {
        self.input_name.send_keys(name)
        self.find_element(By.ID, "check_button").click()
      }
    }

剩下的部分我们也可以用同样的方式处理：

class LoginPage {
    
      ... // 其他代码
      
      input_name = self.driver.find_element(By.ID, "name")
      input_password = self.driver.find_element(By.ID, "password")
      button_login = self.driver.find_element(By.ID, "button")
      button_check = self.driver.find_element(By.ID, "check_button")
      
      def login(self, name, password) {
        self.input_name.send_keys(name)
        self.input_password.send_keys(password)
        self.button_login.click()
      }
      
      def check_user_name(self, name) {
        self.input_name.send_keys(name)
        self.button_check.click()
      }
    }

而对于测试用例，则是各种操作的调用，比如之前的两个用例最终会变成：

// 登录
    LoginPage(driver).login("admin", "123456")
    
    // 编辑商品
    product_page = ProductPage(driver)
    product_page.goto()
    product_page.update_product("Keyboard")
    
    // 断言部分
    ......

// 登录
    LoginPage(driver).login("admin", "123456")
    
    // 修改密码
    account_page = AccountPage(driver)
    account_page.goto()
    account_page.update_password("123456","654321")
    
    // 断言部分
    ......

至此 PO 模式的基本架子就出来了，整体结构如下图：

![d08692f5891243c2bf1f5f6bb016848a.png][]

整体分为用例层和页面层，页面层又细分为操作和对象。那么到这就结束了吗？并没有，PO 只是最基本的分层理念，我们再回顾一下上面的内容，找找还有没有重复的点。有经验的小伙伴知道，**上面操作方法参数化之后填入的数据，其实也是重复的**。

比如我们用的账号是“admin”，对应密码是“123456”，如果修改了该账号的密码，在上面的示例中也得到处查找对应的数据进行同步修正。因此这些数据我们最好还是放到一个统一的地方，在需要的时候引用相关变量就可以了：

// 登录
    LoginPage(driver).login(admin_name, admin_password)
    
    // 编辑商品
    product_page = ProductPage(driver)
    product_page.goto()
    product_page.update_product("Keyboard")
    
    // 断言部分
    ......

// 登录
    LoginPage(driver).login(admin_name, admin_password)
    
    // 修改密码
    new_password = "654321"
    account_page = AccountPage(driver)
    account_page.goto()
    account_page.update_password(admin_password, new_password)
    admin_password = new_password
    
    // 断言部分
    ......

注意这里只是将数据做了提取，不是数据驱动的意思，后面会具体讲关键字驱动和数据驱动。现在的整体结构图变成了：

![bf040139f1c2470fa635d70aeaffb6a2.png][]

基本的分层设计，到这其实也就差不多了。结束这个小节之前，我们再花些篇幅，额外介绍一些基于它的演变设计。

前面在写 Page 的时候，我们知道里面包含了对象和操作。那这两块是否可以彻底分拆开？可以。上面示例的设计逻辑是，Page 包含了对象和基于当前这些对象的操作，优点是减少过多层级带来的各种导入和复杂度，缺点是不能支持跨页面的操作。

比如修改密码，在有的应用里需要流转好几个页面（验证下用户身份之类），如果按 Page 做隔离，一个操作就得调多个方法，复用性也会减弱。所以确实有另一种设计是将操作作为与页面无关的一层独立存在。

要解决上面那个问题也不是只有这么一条路可走。有些聪明的同学可能会想到，我干脆在 Page 之上加一个业务逻辑层，抽象出常用的多页面或链路操作不就行了吗？这种设计和页面层分拆设计背后的思考其实是一样的，只是表现上有所不同而已。

操作有可能会跨页面，对象同样也可以。比如网站顶部的导航，在很多页面都会出现，内容也都是一样的。所以虽然在视觉上导航和主体存在同一个页面里，但我们仍然可以把这个“区块”特殊对待，作为一个独立“组件”分离出去，以达到方便维护的目的。最终我们的分层结构图如下：

![06dba689c0c443a7abf65386f194ff5b.png][]

### **自动化框架进阶设计** ###

我们在实际的业务场景应用中，还会碰到一些问题，比如：脚本依赖的数据越来越多，难以维护怎么办？自动化跑到一半抛错了怎么办？用例太多导致自动化每次运行都要很久怎么办？等等。本小节我们就挑一些常见的问题做进一步的讲解。

**第一个问题是关于自动化的非依赖性**。假定我们有两个 Case，第一个 Case 测试创建商品，第二个 Case 测试商品的查看，并且它基于第一个 Case 创建好的数据，那么我们就认为这两个 Case 有依赖，在运行自动化测试的时候，一定要保证这两个用例的前后运行次序。

这种依赖比较危险。首先，在维护的时候，很难完全记忆全部用例的依赖关系，有可能因为不小心修改了前置依赖用例导致测试失败；其次，如果前置用例测试不如预期，也会导致后置用例连带失败，甚至都不能直接判断是哪个用例出了问题；再者，依赖关系会影响到多用例的分布式运行。因此在比较好的自动化框架设计里，每个用例都应该是完全独立的。要实现这种独立性，我们需要处理好两个条件。

第一个是场景重置。什么是场景？在 UI 测试里就是用例起始的 Page。比如要测试一个商品购买流程，我们就得先进入到商品页。在上一个 Case 跑完后，当前环境（比如浏览器状态）和停留位置是不确定的，所以所有用例在 setup 阶段要干的事情就是检查当前的环境是否正确，以及定位到需要的起始位置，这就是所谓的场景重置。

场景重置会增开额外的开销，使得整个测试的运行时间更长。但为了测试的整体稳定，这点时间值得投入。况且非依赖的用例集，我们还可以用分布并发运行的方式来加快测试的执行，但是存在依赖的用例集就没有办法这么做了。

第二是数据自主。测试用例中难免会需要用到一些数据，比如前面说的测试商品购买，必须要有商品数据才可以操作。数据自主的意思就是每个 Case 需要的全部数据都在 setup 阶段生成，在 teardown 阶段清理。像 UI 层的自动化，数据可以用接口调用的方式来处理，执行速度较快，对整体的测试时长不会有太多影响。

实际上，我们很难做到 100% 的数据完全自主，比如用户账号需要使用手机号，不太可能每个 Case 都去注册、销毁。所以大多数情况下，我们可以允许少量的预置数据存在，一般将那些不太变更、生成困难的数据作为预置项，放在配置文件里。

还有一种变通的方式是，设定 Suite 级别的预置数据。比如有一组用例都需要用到商品数据，那么我们可以在 Suite 开始之前生成商品，接着执行该 Suite 下的所有用例，最后销毁该数据。在分布式的情况下，我们以 Suite 为单位来做分布执行，既可减少数据处理的开销，又可以保持分布式的优势。

**第二个问题是自动化过程中的异常处理**。特别是对于 UI 层的自动化，测试不稳定是一个很让人头疼的问题，一旦出现异常，我们就得花时间去定位和重跑。自动化的意义就是“无人值守”，如果做不到这点，为什么要用自动化呢。因此在做自动化框架设计的时候，就要尽量去捕获和处理各种异常。

最常见的异常是定位元素找不到，可能是由于偶发因素（超时）或页面改变导致。偶发因素很难预判，所以我们可以通过在框架层设定一定次数的重试机制，保证测试的稳定性。但是需要注意的是，重试毕竟是有代价的，所以我们在重试前要尽量排除可预见的因素，比如弹窗、断言失败等。

初学自动化的小伙伴有个坏习惯：用 sleep 来应对所有元素定位异常。这个习惯不是很好，很容易造成整体测试时间大幅延长。如果底层使用 Selenium 之类的工具，框架可以默认设置好隐性等待，也可以通过类代理的方式（后面介绍）为元素查找置入强制显性等待。像一些不支持智能等待的框架，也可以用自定义的轮循式 sleep（比如 500ms 一个间隔）来模拟。

对于页面改变引起的元素定位失效，框架层面没法很好地处理，需要我们自己有一定的自动化经验。有时候失效并不一定是因为元素本身的标签或属性发生变化，而是外层的条件改变。比如一个按钮 C，它从位置 A 移到了 位置 B，如果我们定位使用的查询条件是 A/C，就会因为 A 的改变导致 C 定位失败。所以我们在设置定位方式的时候，尽量不要依赖外层元素，只依靠 C 自身的特征来识别。另外也尽量不要依赖一些样式特征（比如 css，class），这些特征也比较容易发生变化。

// 不稳定的识别方式
    input_name = self.driver.find_element(By.XPATH, "/html/body/a/c")
    
    // 相对稳定的识别方式
    input_name = self.driver.find_element(By.ID, "name")

还有一种常见异常是意外弹窗，比如系统弹窗 alter、confirm、prompt 等。我们很难预料什么时候会有弹窗出现，所以最保险的办法是在开始测试前，做统一的弹窗判断处理。利用 try/catch 可以在不影响正常测试代码的情况下判断，比如：

try:
      driver.switch_to.alert.accept()
    except Exception:
      pass

同样的，业务也可能会有自己的弹窗（弹层），但它是以蒙层的形式出现的。我们想要处理，首先就得精确识别到它。一般应用的弹层都是使用固定的模板，只不过在里面填充不同的文本，所以可以通过识别模板的元素特征，来判断它是否存在，如果出现，则通过点击关闭按钮来移除弹层。

**第三个问题是自动化测试的分布式处理**。随着业务的增长，测试用例的数量也有可能增加到一个很庞大的数字，如果采用线性方式依次执行完所有的用例，可能需要花费数个甚至数十个小时。这对于持续集成等需要快速反馈的场景显然难以接受，所以大型业务的自动化采用分布式执行是一件必然的事情。分布式有两种模式，一种是全副本模式，一种是分发模式。

![6d799bf2a25a441cb68f947997c8072e.png][]

全副本模式的意思就是，在所有目标执行设备上执行完整的用例集，但是每个设备的环境都是不一样的，比如网页端自动化测试，X 设备执行的是 Chrome 浏览器下的测试，Y 设备执行的是 Firefox 浏览器下的测试。所以全副本模式一般用于不同环境的兼容性测试。

分发模式的意思是，总共 N 个用例，平均（或通过一定算法）分散到 M 台设备上执行。这种模式比较好理解，目标就是为了能够并行处理自动化用例，降低测试的总体运行时间。

几乎没有哪个工具型框架原生就同时支持这两种模式，所以大多是由业务型框架来处理。这里有个难点是报告的收集，比如 A 和 B 两个用例，分别在 X 和 Y 设备上执行，最后我们肯定希望能有一份统一的报告来呈现自动化执行的结果，所以框架就需要负责收集和合并不同设备上的测试结果。

最后再讲一下类代理。**什么是类代理呢？比方说一个自定义的 driver 对象，拥有所有原始 driver 的方法，又多了一层封装处理**。例如：

Class Driver:
    
      def __init__(self, type):
        if type == "chrome":
          self.driver = webdriver.Chrome()
        elif type == "xxx"
          ...
          
      def __getattr__(self, name):
        attr = self.driver.__getattribute__(name)
        if callable(attr):
          def func(*args, **kwargs):
            return attr(*args, **kwargs)
          return func
        else:
          return attr(name)

之后我们所有关于 driver 的调用都可以通过这个新的 Driver 类的对象来完成。这么做有什么好处呢？我们前面提到，框架除了复用之外，还有一个作用就是约束。比如我们希望查找元素之前都必须截个图，那么就可以对 find\_element 开始的方法做拦截，例如：

Class Driver:
    
      def __init__(self, type):
        if type == "chrome":
          self.driver = webdriver.Chrome()
        elif type == "xxx"
          ...
          
      def __getattr__(self, name):
        attr = self.driver.__getattribute__(name)
        if name.startswith("find_element"):
          self.driver.save_screenshot(str(time.time()) + ".png")
        if callable(attr):
          def func(*args, **kwargs):
            return attr(*args, **kwargs)
          return func
        else:
          return attr(name)

类似的，其他所有原始 driver 拥有的方法都可以做统一拦截和处理，方便我们在框架层面做很多事情。可能有人会有疑问，为什么不用继承的方式？理论上也不是不行，但是类代理相对继承而言，做规则性的拦截会更加方便。具体也看个人喜好，设计模式的事情，不在这里讨论了。

不知不觉码了七千多字，下回再见。

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![20bfdbcca94a4ae5bf95ae05574cd876.gif][]

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