面向界面的圖形化測試技術(shù)

作者 |熊一衡 華東師范大學(xué)軟件工程學(xué)院博士

蘇亭 華東師范大學(xué)軟件工程學(xué)院教授

版塊 |鑒源論壇 · 觀模

01什么是面向界面的圖形化測試（GUI Testing）

圖形用戶界面(GUI) 是一種通過圖形化方式呈現(xiàn)信息、數(shù)據(jù)、功能和操作的用戶界面，旨在提供更加直觀、友好、易用的體驗，以滿足用戶的需求和期望。圖形用戶界面通常由窗口、菜單、按鈕、文本框、圖標(biāo)、標(biāo)簽等組件構(gòu)成，用戶可以通過鼠標(biāo)、鍵盤等輸入設(shè)備進(jìn)行交互和操作。GUI界面的設(shè)計和布局需要考慮用戶的習(xí)慣、視覺效果、易用性等因素，以提供最佳的用戶體驗。

面向界面的圖形化測試是一種常用的軟件測試方法，旨在驗證用戶界面是否符合業(yè)務(wù)規(guī)范和用戶需求，以及驗證應(yīng)用程序的功能是否正確響應(yīng)用戶操作，以保證應(yīng)用程序的質(zhì)量和穩(wěn)定性。圖形化測試通常在開發(fā)的中后期進(jìn)行，可以確保應(yīng)用程序的功能和用戶界面的質(zhì)量，提高用戶體驗，降低用戶投訴和退款率。此技術(shù)可以有效地提高測試效率和測試質(zhì)量，在各種應(yīng)用程序的測試中得到廣泛應(yīng)用。

例如，如果一個用戶訪問京東商城的網(wǎng)站主頁，他將看到導(dǎo)航欄、搜索欄、推薦欄和其他諸多組件。測試人員可以針對不同的關(guān)注點來對這個網(wǎng)頁進(jìn)行圖形化測試。例如，點擊“免費(fèi)注冊”按鈕，網(wǎng)站是否能彈出相應(yīng)的注冊網(wǎng)頁，包括導(dǎo)航、搜索、表單、購物車、支付等功能是否能正常響應(yīng)用戶操作。

通過圖形化測試，可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用中的問題和缺陷，提高應(yīng)用的質(zhì)量和用戶體驗，增強(qiáng)用戶的滿意度和忠誠度，從而提高應(yīng)用的價值和競爭力。

02常見的面向界面的圖形化測試技術(shù)

2.1 基于人工的測試

基于人工的測試是一種傳統(tǒng)的軟件測試方式，測試人員通過手動操作應(yīng)用程序的用戶界面，模擬用戶的行為和操作，來發(fā)現(xiàn)和報告應(yīng)用的問題和缺陷。在實際應(yīng)用中，應(yīng)用系統(tǒng)級的功能性問題很大程度上是依靠人工測試找到 [1]。基于人工的圖形化測試需要有經(jīng)驗的測試人員，能夠全面地覆蓋測試用例和測試場景。然而，測試的效率和準(zhǔn)確性很大程度上受到測試人員的技能水平和經(jīng)驗的影響?；谌斯さ臏y試主要包括以下步驟：

（1）理解項目需求和制定測試計劃：測試人員必須分析所有的需求文檔，以便識別軟件的預(yù)期行為和需要測試的確切內(nèi)容。測試人員根據(jù)需求和規(guī)格說明書，制定測試計劃和測試用例。

（2）測試環(huán)境和測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：測試人員準(zhǔn)備測試環(huán)境和測試數(shù)據(jù)，包括安裝和配置測試軟件、準(zhǔn)備測試數(shù)據(jù)、設(shè)置測試工具和設(shè)備等，以確保測試環(huán)境的一致性和穩(wěn)定性。

（3）手動測試執(zhí)行：測試人員按照測試計劃和測試用例，手動操作應(yīng)用程序的用戶界面，模擬用戶的行為和操作，包括點擊、輸入、選擇、拖拽等，以驗證應(yīng)用程序的功能和性能，并記錄測試結(jié)果和異常情況。

（4）缺陷報告和總結(jié)：當(dāng)測試人員發(fā)現(xiàn)缺陷的時候，需要根據(jù)測試團(tuán)隊所制定的報告模版生成缺陷報告，包括缺陷的描述、缺陷分類、缺陷級別等等，并跟蹤和確認(rèn)缺陷的修復(fù)和驗證。在測試完成之后，測試人員根據(jù)測試的結(jié)果生成測試報告并提交給項目團(tuán)隊。

基于人工的測試的優(yōu)點包括：測試靈活性高，人工測試可以基于一個功能自己構(gòu)建不同的測試用例，并且適應(yīng)不同的程序表現(xiàn)；測試準(zhǔn)確性高，自動化測試工具沒有測試人員經(jīng)驗豐富，人工測試可以更加準(zhǔn)確判斷一個應(yīng)用表現(xiàn)是否為一個程序錯誤；測試反饋及時，可以及時發(fā)現(xiàn)和報告軟件缺陷和問題。

然而，基于人工的測試也存在一些缺點，如測試效率低，需要較長的測試時間和測試人員的工作量，當(dāng)短時間內(nèi)需要生成大量測試用例時，不適合用人工測試；測試成本高，相對于自動化測試，人工測試需要耗費(fèi)大量人力和時間；測試可重復(fù)性差，測試結(jié)果可能受到測試人員的主觀因素的影響；測試覆蓋率有限，可能無法涵蓋所有的測試用例和測試場景。

2.2 基于錄制回放的測試

基于錄制回放的測試通過記錄用戶在圖形界面上的操作，生成測試腳本，然后回放測試腳本到目標(biāo)應(yīng)用上來模擬用戶的操作并驗證應(yīng)用程序的功能。錄制回放測試技術(shù)屬于自動化測試的一種形式，不需要人工編寫測試腳本，減少工作人員的工作量，適用于需要重復(fù)執(zhí)行相同測試用例的場景，如回歸測試、性能測試等。錄制回放測試技術(shù)主要包括以下步驟：

（1）錄制測試腳本：測試人員打開測試工具，啟動錄制功能，然后在應(yīng)用程序的用戶界面上進(jìn)行操作和事件，如點擊按鈕、輸入文本、選擇菜單等，測試工具會自動捕捉和記錄用戶的操作和事件，并生成測試腳本。

（2）編輯測試腳本：測試人員可以對生成的測試腳本進(jìn)行編輯和優(yōu)化，如添加斷言、調(diào)整等待時間、修改參數(shù)等，以確保測試腳本能夠正確地模擬用戶的操作和驗證應(yīng)用程序的功能和性能。

（3）回放測試腳本：測試人員啟動回放功能，測試工具會自動執(zhí)行測試腳本，模擬用戶的操作并驗證應(yīng)用程序的功能和性能，同時記錄測試結(jié)果和異常情況。

（4）生成測試報告：測試人員分析測試結(jié)果，包括測試通過率、測試覆蓋率等，發(fā)現(xiàn)軟件缺陷和問題，并向開發(fā)團(tuán)隊提供測試報告。

錄制回放測試技術(shù)的優(yōu)點包括：測試成本低，不需要會編寫測試腳本的專業(yè)人員，測試效率高，可以根據(jù)測試人員的錄制自動化生成測試腳本并自動執(zhí)行測試；測試準(zhǔn)確性高，可以模擬真實用戶的操作并驗證應(yīng)用程序的功能和性能；測試可維護(hù)性高，可以快速修改和更新測試腳本和測試數(shù)據(jù)。

然而，錄制回放測試技術(shù)也存在一些缺點，如測試腳本的可靠性和穩(wěn)定性受到應(yīng)用程序的變化和測試環(huán)境的影響，需要保證測試環(huán)境的一致性和穩(wěn)定性；測試腳本的維護(hù)成本較高，應(yīng)用程序代碼和界面在不斷變化，因此需要不斷更新和優(yōu)化測試腳本和測試數(shù)據(jù)來適應(yīng)這些改變；測試覆蓋度有限，依賴于測試人員的錄制，測試人員一般偏向于錄制一些核心功能和核心步驟。

Selenium IDE [2] 是Selenium Suite下的一款非常受歡迎的開源Web自動化測試工具，其核心功能是錄制回放測試。它不需要用戶有任何編程知識，只需記錄用戶與瀏覽器的交互從而可以快速地創(chuàng)建、執(zhí)行和調(diào)試自動化測試腳本。Selenium IDE提供了一個簡單的界面，可以通過簡單的拖放操作和錄制功能，快速創(chuàng)建自動化測試腳本，無需編寫任何代碼。它支持多種瀏覽器，包括Chrome、Firefo等。此外，Selenium IDE還可以導(dǎo)出測試腳本為多種編程語言的代碼，如Java、C#和Python等。

2.3 基于模型的測試

基于模型的測試是一種自動化測試方法，它利用模型來描述被測試系統(tǒng)的行為和結(jié)構(gòu)，從而生成測試用例，驗證系統(tǒng)的正確性和可靠性。基于模型的測試可以提高測試效率和覆蓋率，減少測試人員的工作量，適用于復(fù)雜和多變的應(yīng)用程序，如嵌入式系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。

基于模型的測試主要包括以下步驟：

（1）建模：測試人員使用建模工具，根據(jù)需求和規(guī)格說明書，構(gòu)建被測試系統(tǒng)的模型，包括功能模型、狀態(tài)模型、數(shù)據(jù)模型等，以描述被測試系統(tǒng)的行為和結(jié)構(gòu)。

（2）模型分析：測試人員對模型進(jìn)行分析和驗證，包括模型檢查、模型仿真、模型測試等，以發(fā)現(xiàn)和修復(fù)模型中的錯誤和問題。

（3）測試用例生成：測試人員利用模型生成測試用例，包括基于覆蓋率的測試用例、隨機(jī)測試用例、符號執(zhí)行測試用例等，以覆蓋模型中的所有路徑和狀態(tài)，并達(dá)到測試目標(biāo)和測試要求。

（4）自動化測試執(zhí)行：測試人員使用自動化測試工具，執(zhí)行生成的測試用例，對被測試系統(tǒng)進(jìn)行自動化測試，包括功能測試、性能測試、安全測試等，以檢驗被測試系統(tǒng)的正確性和可靠性。

（5）測試報告和總結(jié)：測試人員整理測試結(jié)果和問題報告，生成測試報告和總結(jié)，包括測試通過率、測試覆蓋率、缺陷統(tǒng)計、測試建議等，以提供給項目團(tuán)隊和管理者參考和決策。

基于模型的測試的優(yōu)點包括：測試效率高，可以自動生成測試用例和測試腳本，并自動執(zhí)行測試；測試覆蓋率高，可以覆蓋模型中的所有路徑和狀態(tài)；測試可重復(fù)性好，可以多次執(zhí)行相同的測試用例和測試腳本；測試結(jié)果準(zhǔn)確性高，可以自動化地驗證被測試系統(tǒng)的正確性和可靠性。

然而，基于模型的測試也存在一些缺點，如模型的建立和維護(hù)成本高，需要投入大量的人力和物力資源，并且需要建模人員非常了解待測試應(yīng)用；門檻高，模型的構(gòu)建需要有非常專業(yè)的建模人員，熟練使用各種專業(yè)技能 [3]；模型的應(yīng)用范圍有限，可能無法覆蓋所有的測試需求和測試場景。因此，在實際測試中，應(yīng)根據(jù)測試需求和應(yīng)用程序的特點，綜合選擇不同的測試方法和工具，以提高測試效率和質(zhì)量。

Fastbot [4] 是一款由字節(jié)跳動Quality Lab研發(fā)的一款開源的基于模型的GUI測試工具，用于發(fā)現(xiàn)手機(jī)app中的穩(wěn)定性問題。Fastbot將app的GUI信息抽象成模型中的state，將執(zhí)行的動作抽象成模型中的action，然后基于構(gòu)建的模型生成測試用例，并提供多種算法策略，目標(biāo)是達(dá)到較高的 Activity 覆蓋率及較強(qiáng)的問題發(fā)現(xiàn)能力。同時，F(xiàn)astbot還支持跨平臺測試，在海量設(shè)備上多機(jī)協(xié)同測試。Fastbot也利用了圖像檢測技術(shù)來支持較豐富的圖像 UI 異常檢測能力（黑白屏、圖像重疊、控件遮擋等等）。

03面向界面的圖形化測試的挑戰(zhàn)

根據(jù)statista網(wǎng)站上的報道，48%的移動應(yīng)用測試人員將圖形化界面看作主要的測試關(guān)注點[5]。面向界面的圖形化測試在應(yīng)用的功能和質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，在實際應(yīng)用中也存在不少挑戰(zhàn)：

（1）代碼和設(shè)計變更：鑒于應(yīng)用界面以及功能的頻繁更新，測試人員需要不斷調(diào)整測試腳本以適應(yīng)新的測試場景。

（2）錯誤處理：當(dāng)測試復(fù)雜應(yīng)用程序時，可能會遇到各種程序問題，來干擾測試進(jìn)行，如何處理這些問題是一個常見的難題。

（3）測試工具與被測軟件的同步問題：測試工具與測試對象之間如果同步出了問題，很可能會導(dǎo)致測試失敗，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性 [6]。

（4）依賴于測試工具：首先需要選用合適的測試工具，并對測試的應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的定制和配置。

（5）需要專業(yè)技能：需要具備一定的編程和測試技能，才能進(jìn)行測試腳本編寫和自動化測試工具的配置和使用。

（6）多樣性：不同的軟件界面設(shè)計不同，測試人員需要熟悉各種不同的界面風(fēng)格和交互方式。

04總結(jié)

面向界面的圖形化測試技術(shù)已經(jīng)成為各種應(yīng)用程序測試的重要手段之一。這種測試技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用程序的測試中，特別是對于那些用戶界面比較復(fù)雜、交互性比較強(qiáng)的應(yīng)用程序，如游戲、手機(jī)app、網(wǎng)站等。此技術(shù)可以有效地提高測試效率和測試質(zhì)量。盡管取得了巨大進(jìn)展，但該測試技術(shù)仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界也在不斷探索嘗試各種新的技術(shù)和方法，以提高測試的效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] Itkonen J, Mantyla M V, Lassenius C. How do testers do it? An exploratory study on manual testing practices[C]//2009 3rd International Symposium on Empirical Software Engineering and Measurement. IEEE, 2009: 494-497.

[2] Selenium IDE

[3] Dias Neto A C, Subramanyan R, Vieira M, et al. A survey on model-based testing approaches: a systematic review[C]//Proceedings of the 1st ACM international workshop on Empirical assessment of software engineering languages and technologies: held in conjunction with the 22nd IEEE/ACM International Conference on Automated Software Engineering (ASE) 2007. 2007: 31-36.

[4] Fastbot https://github.com/bytedance/Fastbot_Android.

[5] “Focus areas for testing mobile applications from 2013 to 2017”

[6] Alégroth E, Feldt R, Ryrholm L. Visual gui testing in practice: challenges, problemsand limitations[J]. Empirical Software Engineering, 2015, 20: 694-744.

審核編輯黃宇