Behavior Driven Development mit JBehave

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Behavior Driven Development (BDD) – ist eine Kombination aus Test-Driven-Development (TDD) und Domain-Driven-Design (DDD). TDD wird in der agilen Softwareentwicklung eingesetzt und ist ein Prozess, bei dem zuerst Testfälle konzeptioniert und erst im Anschluss die Funktionalität umgesetzt wird. Nähere Informationen hierzu, finden sich auch in meinem früheren Artikel http://martinzimmermann1979.wordpress.com/2011/12/09/testgetriebene-entwicklung-mit-junit-easymock-und-spring. Auch DDD orientiert sich an der agilen Softwareentwicklung, sieht aber die Fachlichkeit einer Anwendung im Vordergrund. Anforderungen werden in einer ubiquitären Sprache beschrieben, welche von allen am Softwareentwicklungsprozess beteiligten Personen verstanden wird.

Auch bei BDD kommt eine ubiquitäre Sprache zum Einsatz, um fachliche Anforderungen in sogenannten Szenarios zu definieren. Das hier definierte Verhalten wird später mit automatisierten Tests überprüft. Bei der Beschreibung werden Schlüsselworte verwendet, damit die Sprache von den Testfällen korrekt interpretiert werden kann:

Given: Vorraussetzungen für den Testfall
When: Aktion die ausgeführt wird
Then: Überprüft ob das erwartete Verhalten eingetreten ist

Nach einer Aktion kann zunächst das Zwischenergebnis geprüft und anschließend mit weiteren Aktionen und Prüfungen fortgefahren werden. Folgen mehrere Sätze des gleichen Typs, können sie mit and verknüpft werden.

Kommen wir nun zu einem konkreten Beispiel. Es besteht die fachliche Anforderung, dass ein vorhandener Benutzer aktiviert werden kann. Diese Funktionalität wird im UserService realisiert. Das zu testende Verhalten wird mit folgendem Szenario beschrieben:
jbehave_scenario

Das Szenario wird unter src/test/resources/de/mz/jbehave/user_scenarios.story gespeichert und wird dem Testfall als Grundlage zur Ausführung dienen.

Als BDD-Framework wird JBehave in der aktuellen Version 3.7.5 eingesetzt, welches bequem als Maven Dependency eingebunden werden kann:

<properties>
<jbehave.version>3.7.5</jbehave.version>
</properties>

<dependency>
<groupId>org.jbehave</groupId>
<artifactId>jbehave-core</artifactId>
<version>${jbehave.version}</version>
<scope>test</scope>
</dependency>

Nun wird der UserService erstellt, der folgende Methoden implementiert:

void addUser(User user);

User getUser(String name);

boolean activateUser(String name);

Der hier verwendete User besteht aus den zwei Eigenschaften:

private String name;
private boolean active;

Nun wird der Testfall src/test/java/de/mz/jbehave/UserActivationStory erstellt, der somit die gleiche  Verzeichnisstruktur besitzt, wie das zuvor erstellte Szenario. Es handelt sich um eine Unterklasse von Embedder. An den verwendeten Annotations ist bereits ersichtlich, wie die textuelle Beschreibung mit den implementierten Testfällen in Verbindung steht. Jeder Satz des Szenarios, ist in einer Annotation der UserActivationStory wiederzufinden:

public class UserActivationStory extends Embedder {

private UserService userService = new UserServiceImpl();

@Given(„a user with the name $name“)
public void addUser(String name) {
User user = new User();
user.setName(name);
userService.addUser(user);
}

@When(„the user with the name $name will be activated“)
public void activateUser(String name) {
userService.activateUser(name);
}

@Then(„the user with the name $name should be active“)
public void userShouldBeActive(String name) {
User user = userService.getUser(name);
Assert.assertEquals(name, user.getName());
Assert.assertTrue(user.isActive());
}
}

Um die Wiederverwendbarkeit der Test-Methoden zu erhöhen, können Parameter benutzt werden. Innerhalb der Annotation werden sie mit dem Dollar-Symbol gekennzeichnet und stehen in der Test-Methode als Übergabe-Parameter zur Verfügung. Bei der Szenario-Beschreibung wird einfach der entsprechende Wert angegeben, in obigen Beispiel also mustermann.

Im gleichen Package wie der Testfall wird nun ein Runner zum Ausführen des selbigen erstellt. Dieser erbt von JUnitStory und benötigt eine Configuration und eine StepFactory. JBehave verwendet das Convention over Configuration Prinzip, so dass hier nur Einstellungen konfiguriert werden müssen, die nicht der Norm entsprechen. Will man während der Testausführung Meldungen auf der Konsole erhalten, muss ein StoryReportBuilder definiert werden. Als StepFactory wird die InstanceStepsFactory verwendet, welche die Configuration und die auszuführende Story-Klasse benötigt:

public class UserScenarios extends JUnitStory {

@Override
public Configuration configuration() {
return new MostUsefulConfiguration()
.useStoryReporterBuilder(new StoryReporterBuilder().withDefaultFormats().withFormats(Format.CONSOLE, Format.TXT));
}

@Override
public InjectableStepsFactory stepsFactory() {
return new InstanceStepsFactory(configuration(), new UserActivationStory());
}
}

Ohne weitere Konfiguration, wird die Szenario-Beschreibung im gleichen Package wie der Testfall gesucht. Möchte man dies ändern, so kann ein anderer StoryLoader verwendet werden:

configuration.useStoryLoader(new LoadFromURL(„pathToResource“));

Für dieses Beispiel ist das aber nicht nötig, so dass die Klasse UserScenarios nun als JUnit-Test ausgeführt werden kann. Im Anschluss befindet sich im target unter jbehave/view die Datei reports.html, die Auskunft über den Erfolg des Testfalls gibt.

Sollen die JBehave Testfälle automatisch beim Bauen mit maven ausgeführt werden, so kann das jbehave-maven-plugin verwendet werden. Hier die Anpassungen in der pom.xml:

<build>
<finalName>de.mz.jbehave</finalName>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.jbehave</groupId>
<artifactId>jbehave-maven-plugin</artifactId>
<version>${jbehave.version}</version>
<executions>
<execution>
<id>run-stories-as-embeddables</id>
<phase>integration-test</phase>
<configuration>
<scope>test</scope>
<includes>
<include>**/*Scenarios.java</include>
</includes>
</configuration>
<goals>
<goal>run-stories-as-embeddables</goal>
</goals>
</execution>
</executions>
</plugin>
</plugins>
</build>

Sofern sich die Test-Klassen in src/test/java befinden, muss der Scope explizit auf test gesetzt werden. Andernfalls werden nur Klassen in src/main/java gefunden. Inkludiert werden alle Java-Klassen die auf Scenarios enden. Nun kann JBehave als maven goal ausgeführt werden:

mvn integration-test

Leider sind die Reports komplett unformatiert und werden ohne css-Styles generiert. Um grafisch ansprechende Reports zu erzeugen, wird das maven-dependency-plugin benötigt, welches zwei hierfür notwendige JBehave Artefakte lädt:

<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-dependency-plugin</artifactId>
<executions>
<execution>
<id>unpack-jbehave-site-resources</id>
<phase>generate-resources</phase>
<goals>
<goal>unpack</goal>
</goals>
<configuration>
<artifactItems>
<artifactItem>
<groupId>org.jbehave.site</groupId>
<artifactId>jbehave-site-resources</artifactId>
<version>3.1.1</version>
<type>zip</type>
<outputDirectory>${project.build.directory}/jbehave/view</outputDirectory>
</artifactItem>
<artifactItem>
<groupId>org.jbehave</groupId>
<artifactId>jbehave-core</artifactId>
<version>${jbehave.version}</version>
<outputDirectory>${project.build.directory}/jbehave/view</outputDirectory>
</artifactItem>
</artifactItems>
</configuration>
</execution>
</executions>
</plugin>

Nach erneutem Ausführen der Integrations-Tests sieht der Report nun so aus:jbehave_statistic

Sofern die Eclipse IDE mit dem m2e Plugin verwendet wird, erscheint nach Anpassung der pom.xml folgender Fehler in der Problem View:

maven-dependency-plugin (goals „copy-dependencies“, „unpack“) is not supported by m2e.

Über die Option „Permanently mark goal unpack in pom.xml as ignored in Eclipse build“ lässt sich der Fehler ignorieren. Die Funktionalität wird hierdurch nicht beeinträchtigt. Will man JBehave in einem bestehenden Projekt einsetzten, benötigt man zumeist eine Spring Integration. Hierfür werden zwei weitere Maven Dependencies benötigt:

<properties>
<spring.version>3.1.1.RELEASE</spring.version>
</properties>

<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-test</artifactId>
<version>${spring.version}</version>
<scope>test</scope>
</dependency>

<dependency>
<groupId>org.jbehave</groupId>
<artifactId>jbehave-spring</artifactId>
<version>${jbehave.version}</version>
</dependency>

Im Folgenden werden zwei Spring-Kontexte erstellt, der eine kommt während der Laufzeit zum Einsatz, während der andere für die Integrations-Tests benötigt wird. Zunächst wird unter src/main/resources/applicationContext.xml der Laufzeit-Kontext erstellt. Er beinhaltet den zu testenden UserService und aktiviert das autowiring:

<context:annotation-config />

<bean id=“userService“ class=“de.mz.jbehave.UserServiceImpl“/>

Für die Integrations-Tests wird unter src/test/resources/applicationTestContext.xml ein weiterer Kontext erstellt, der die UserActivationStory beinhaltet und den Laufzeit-Kontext importiert. So ist gewährleistet, dass Laufzeit- und Test-Kontext sich bis auf die zusätzlichen Test-Klassen gleichen:

<import resource=“classpath:applicationContext.xml“/>

<bean id=“userActivationStory“ class=“de.mz.jbehave.UserActivationStory“/>

Nun wird die Runner-Klasse UserScenarios angepasst. Statt der InstanceStepsFactory wird die SpringStepsFactory verwendet, die zusätzlich zur Configuration den Spring-Test-Kontext erhält. Die configuration-Methode kann aus obigem Beispiel übernommen werden:

@Override
public InjectableStepsFactory stepsFactory() {
ApplicationContext context = new SpringApplicationContextFactory(„classpath:applicationTestContext.xml“).createApplicationContext();
return new SpringStepsFactory(configuration(), context);
}

Die Klasse UserActivationStory erstellt nun den UserService nicht mehr selber, sondern erhält ihn per Dependency Injection:

@Autowired
private UserService userService;

So lassen sich Integration-Tests mittels JBehave auch in Spring-Projekten ausführen, so dass das BDD-Framework in vielen Projekten einfach zu integrieren ist.

Zur Unterstützung beim Erstellung von Szenarios, kann das JBehave Eclipse Plugin installieren werden http://jbehave.org/reference/eclipse/updates/. Bei mir führte dies allerdings wiederholt zu einem einfrieren von Eclipse, so dass ich mich von dem Plugin wieder getrennt habe.

Spring AOP

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Der folgende Artikel beschäftigt sich mit Spring 3.x AOP, wobei Spring lediglich den Support für das eigentliche AOP-Framework AspectJ zur Verfügung stellt. Die Aspekt orientierte Programmierung – kurz AOP – ermöglicht es, die eigentliche Business-Logik einer Anwendung von querschnittlichen Aspekten zu trennen. Als typische Aspekte seien hier Logging- oder Security-Layer genannt. Statt nun die Aspekte mit der Business-Logik zu verweben, findet eine klare Kapselung statt, die es ermöglicht, die Aspekte autonom umzusetzen und anschließend explizit über die Business-Logik zu legen. So können öffentliche Methoden, ganze Projekte, einzelne Packages oder nur bestimmte Methoden eines Services mit Aspekten versehen werden.

Der Artikel erläutert wann und wie ein Aspekt in den Programmfluss eingreifen kann und wie die Aspekte mit der Business-Logik verwoben werden. Ersteres wird über Advices, Zweiteres per Pointcuts realisiert.

Bevor es an die Implementierung geht, müssen zunächst die entsprechenden Libraries eingebunden werden. Für den Spring AOP Support werden die Libraries core und context benötigt, die aktuell in der Version 3.1.0 verfügbar sind:

<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-core</artifactId>
<version>3.1.0.RELEASE</version>
</dependency>

<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-context</artifactId>
<version>3.1.0.RELEASE</version>
</dependency>

Wie bereits erwähnt handelt es sich bei Spring lediglich um den Wrapper um die AOP-Schicht. Für das eigentliche AOP Framework AspectJ werden folgende Libraries verwendet:

<dependency>
<groupId>org.aspectj</groupId>
<artifactId>com.springsource.org.aspectj.runtime</artifactId>
<version>1.7.0</version>
</dependency>

<dependency>
<groupId>org.aspectj</groupId>
<artifactId>com.springsource.org.aspectj.weaver</artifactId>
<version>1.7.0</version>
</dependency>

Um den AspectJ-Support für Spring zu aktivieren, muss folgende Zeile in der Spring-Konfiguration aufgenommen werden:

<aop:aspectj-autoproxy/>

Anschließend wird die Klasse MyService erstellt, welche die eigentliche Business-Logik beinhalten soll.

public class MyService {

public void doSomeStuff() {
// do some business logic
}
}

Dieser Service soll nun mit einem Aspekt versehen werden, der z.B. das Logging von der Business-Logik kapselt.

@Aspect
public class MyAspect {

@Before(„execution (* de.mz.MyService.doSomeStuff(..))“)
public void aspect() {
// do some logging
}
}

Nun muss sowohl der Service als auch der Aspekt als Spring-Bean definiert werden:

<bean id=“myAspect“ class=“de.mz.MyAspect“ />
<bean id=“myService“ class=“de.mz.MyService“ />

Wird nun die Methode doSomeStuff des MyService aufgerufen, wird nicht nur die eigentliche Methode, sondern auch der Aspekt ausgeführt. Die Reihenfolge wird hierbei über den Advice definiert. In obigen Beispiel wird dieser über die Before-Annotation festgelegt, so dass zuerst der Aspekt und erst anschließend die Methode des MyService ausgeführt wird.

Die folgenden Advices bieten die Möglichkeit Eingriffe im Programmfluss vorzunehmen:

  • Before – Der Aspekt wird vor der eigentlichen Methode ausgeführt.
  • Around – Die Methodenausführung findet im Aspekt selber statt. Es kann also vor und nach der Methodenausführung eingegriffen werden.
  • After – Der Aspekt wird erst nach der Methodenausführung aktiv.
  • AfterReturning – Dieser Aspekt wird ebenfalls erst nach der Methodenausführung aktiv, es kann allerdings zusätzlich auf den Rückgabewert zugegriffen werden.
  • AfterThrowing – Der Aspekt wird nur aktiv, sofern in der eigentlichen Methode ein Fehler auftritt.

Um Methoden mit Aspekten zu versehen, werden die bereits erwähnten Pointcuts verwendet. In obigem Beispiel wurde der Pointcut einfach in der Before-Annotation mit angegeben. Wesentlich eleganter ist es, Pointcuts separat zu definieren und im Advice lediglich auf sie zu verweisen. So können die Pointcuts mehrfach verwendet werden und sind beliebig kombinierbar:

@Pointcut(„execution (* de.mz.MyService.doSomeStuff(..))“)
private void pointcutForDoSomeStuff() {}

@Before(„pointcutForDoSomeStuff()“)
public void aspect() {
// do what the aspect has to do
}

Nun wird in der Pointcut-Annotation auf die doSomeStuff-Methode vom MyService verwiesen, wobei der Pointcut selber lediglich aus einer leeren Methoden besteht, deren Rückgabetyp void seien muss. Auch wenn es nicht zwingen notwendig ist, wird als Sichtbarkeit private festgelegt, damit der Pointcut nicht aufgerufen werden kann. Auf die Pointcut-Methode wird nun in der Before-Annotation verwiesen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten mit denen Pointcut-Ausdrücke auf entsprechende Java-Resourcen gematched werden können. Um auf Methoden zu matchen, wird der bereits verwendete Pointcut-Designator (PCD) execution verwendet. Es ist nicht zwingend notwendig, dass hier nur explizit auf eine Methode verwiesen wird, so kann z.B. auch auf alle öffentlichen Methoden des MyService verwiesen werden:

@Before(„execution(public * de.mz.MyService.*(..)))“)

Alternativ können auch alle öffentlichen Methoden – bzw. alle Methoden mit einer fest definierten Sichtbarkeit – mit einem Aspekt versehen werden:

@Before(„execution(public * *(..))“)

Will man Aspekte nicht für Methoden sondern auf einer bestimmten Package-Ebene definieren, wird statt dem execution Designator within verwendet:

@Pointcut(„within(de.mz.*)“)

Sollen zusätzlich die Sub-Packages mit Aspekten versehen werden, muss das Statement minimal angepasst werden:

@Pointcut(„within(de..*)“)

Weiterhin kann man alle Klassen, die ein bestimmtes Interface implementieren mit einem Aspekten versehen, indem man den Designator this verwendet. Würde der MyService nun das Interface IMyService implementieren, würde auch folgender Pointcut matchen:

@Pointcut(„this(de.mz.IMyService)“)

Es gibt noch viele weitere Möglichkeiten, so dass sich hier ein Blick in die Dokumentation allemal lohnt:

http://static.springsource.org/spring/docs/current/spring-framework-reference/html/aop.html

Wie bereits erwähnt, können Pointcuts auch kombiniert werden. Hierbei sind AND &&, OR || und NOT ! Verknüpfungen möglich.

Sollen die Methode doSomeStuff und doSomeOtherStuff denselben Aspekt erhalten wird zunächst ein weiterer Pointcut für die zweite Methode definiert:

@Pointcut(„execution (* de.mz.MyService.doSomeOtherStuff())“)
private void pointcutForSomeOtherStuff() {}

Anschließend können beide Pointcuts mit ODER Verknüpft werden, so dass der Aspekt ausgeführt wird, sobald eine der Methoden aufgerufen wird:

@Pointcut(„pointcutForDoSomeStuff() || pointcutForSomeOtherStuff()“)
private void allPointcuts() {}

Weiterhin kann es nützlich sein im Aspekt auf die Übergabeparameter der aufgerufenen Methode zugreifen zu können. Hierzu wird die Methode doSomeStuff um zwei Übergabeparameter vom Typ String erweitert:

public void doSomeStuff(String para1, String para2) {
// do some business logic
}

Der bestehende Pointcut wird mittels UND mit dem Designator args verknüpft, welcher Zugriff auf die Parameter gewährt. Diese stehen dem Aspekt dann als eigene Übergabeparameter zur Verfügung:

@Before(„pointcutForDoSomeStuff() && args(para1,para2)“)
public void printParams(String para1, String para2) {
// nice aspect with access to parameters
}

Interessiert einen nur der erste Parameter, sieht das Statement so aus:

@Before(„pointcutForDoSomeStuff() && args(para1,..)“)

Für Zugriff auf den zweiten Parameter muss folgende Modifizierung vorgenommen werden:

@Before(„pointcutForDoSomeStuff() && args(..,para2)“)

Da aus Programmierer Sicht kein Unterschied zwischen Before- und After-Advice existiert, beschäftigt sich das folgende Beispiel mit dem Around-Advice. Hier ergeben sich interessante Möglichkeiten, da der Aspekt Zugriff auf den JoinPoint erhält und für dessen Ausführung zuständig ist. Bei dem JoinPoint handelt es sich um die mit einem Aspekt versehene Methode. Dadurch das die Ausführung dem Aspekt obliegt, kann im Fehlerfall eingegriffen und z.B. ein Retry-Mechanismus implementiert werden. Die Exception kann gecatched und der Methoden-Aufruf beliebig oft wiederholt werden:

@Around(„pointcutForDoSomeStuff“)
public Object retryexecution(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
Exception exception = null;
int i = 0;
while (i < MAX_RETRY) {
try {
return joinPoint.proceed();
} catch (MyException e) {
exception = e;
}
i++;
}
throw exception;
}

Grade beim Aufruf von externen Services in verteilten Systemen kann so ein Retry-Mechanismus Sinn machen. Geht der erste Aufruf noch auf einen defekten Service, so kann der zweite erfolgreich die gewünschte Arbeit verrichten. Der Benutzer bekommt hierbei nicht einmal mit, dass ein Fehlverhalten aufgetreten ist.

Wer bereits mit Spring 2.x AOP gearbeitet hat, dem wird das Handling der obigen Beispiele vertraut vorkommen. Tatsächlich hat sich die Spring-API im AOP-Bereich seit der letzten Spring Version nicht geändert. Aufgrund der komfortablen API ist dies aber auch nicht Notwendig.