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使用契约测试得不偿失?试试契约先行开发

契约维护的难题

如今微服务凭借其灵活、易开发、易扩展等优势深入人心,不同服务之间的集成和交互日渐繁多且复杂。这些服务之间交互的方式是多样的,常见的有 HTTP 请求和消息队列。在它们交互的过程中,会有服务的版本演进,交互信息的格式或方式就会产生变化,前后版本的接口可能并不兼容,甚至开发环境经常会宕机更新,加之不同服务的开发进度有快有慢,各团队的优先级有高有低,在开发过程中,服务间交互方式的匹配性就成了一个问题。

这里,不同团队之间,对服务间如何进行发送和接受消息所能达成的共同理解,我们称之为契约 (contract)。如何采用一个合理的机制,维护服务间契约,使服务提供方和消费房能够在不造成事故的前提下,保持各自的高效开发,越来越成为各团队日常开发中要面对的问题。

契约测试

契约测试 (contract testing) 就是在这样的背景下应运而生,以下引用 Pact 官网的定义:

Contract testing is a technique for testing an integration point by checking each application in isolation to ensure the messages it sends or receives conform to a shared understanding that is documented in a “contract”.

契约测试是一种测试集成点的技术,它通过隔离检查每个应用程序,以确保其发送或接收的消息,符合记录在“契约”中的共同理解。

也就是说,在测试己方服务时,通过使用测试替身 (test double),让它能够模仿我们所依赖的外界系统,返回相对真实的消息响应,从而让我方团队在尽可能保证与外界系统兼容的前提下,避免受到外界系统宕机或开发新版本等影响,提升开发效率。再结合消费者驱动开发的优势,可以避免服务提供端浪费精力去实现不必要的功能,因此,很多团队采用了消费者驱动的契约测试 (consumer-driven contract test) 的实践。

消费者驱动的契约测试实践

在契约测试的帮助下,很多团队真正提升了开发效率,掌握了自己的节奏,但也有些团队发现效果并不明显,因为契约测试带来的收益并不是免费的。契约测试有着不少的开发成本,每有一个新的需求,新的接口,新的字段,或是老字段的可空性发生了改变,以及枚举值的增加或减少,都需要增加或减少一些测试用例,然后在测试的过程中生成新的契约。这些契约大多以 OpenAPI 文档的形式存在,作为两个团队日后讨论的基准。

契约测试驱动的合作流程

  1. 消费方与提供方沟通,达成基本契约:增加一个接口,调用的时候传一个 RequestDto,接口返回一个 ResponseDto,其中 RequestDto 和 ResponseDto 哪几个字段要非空。
  2. 消费方回去写自己的契约测试,生成契约 (通常以 OpenApi doc 形式),然后以契约测试驱动,开发自己的逻辑
  3. 服务方拿到生成的契约,进行测试驱动开发,验证契约是否被满足

契约测试驱动的合作流程

契约测试有时修改代价高

在使用契约测试时经常有这样的感受:比如,一些简单的契约,比如非空字段和格式校验等,每种情况都要专门的测试用例,而实现它却只需要一个注解,有点得不偿失。

更重要的是,随着测试的编写,生成的契约可能比当时商讨的更为简单,比如一些 400, 401 等情况,有时并不会为每一个 API 写足够细节足够详尽的测试;也可能生成的契约比商讨的更为详细,比如消费方在编写契约测试的过程中考虑到了更多的边缘场景。因而每当由以上情况导致修改契约时,我们都会重新沟通,再等待消费方重新写契约测试,再生成契约,然后服务提供方再开发。这个从沟通到落地的闭环比较长,每次修改时,服务提供方需要等待消费方编写测试,生成契约,然后消费方等待服务方按照契约开发完成,才能发布新的版本,这些等待都会拉低开发效率。

解决的思路

反馈周期长是我们经常需要面对的问题,比如我们要搞快速迭代,定期 showcase,就是为了及时得到客户的反馈;再比如我们搞结对编程,也是为了将 pull request 上可能出现的沟通提前,避免盲目开始之后又造成返工。这个时候我们再看开发流程时就会想,如果第一步的沟通可以直接产出固化的契约,足够直观和详尽,让双方及早沟通,同时又可以使用自动化的方式约束消费方和服务方双方,省掉重复琐碎的契约测试,让沟通过后双方都可以直接开始开发就好了。

契约先行开发

这里说的契约先行,指的是在写所有代码之前,把我们沟通好的契约手写出来,或者通过一些图形化工具生成出来,比如手写或生成一个 yaml 格式的 OpenAPI 文档,这样沟通的产出足够直观。把这个文档放在代码库中维护,然后以它为依据,通过自动化流水线生成各方的沟通组件(sdk),既能使双方同时开始开发,又能对双方进行约束。

以下以 Java + Spring 为例,通过使用 OpenAPI generator 工具生成代码,达到以上效果。

对于消费方来说,流水线可以根据定好的契约,生成封装好的 client 类,它提供一个简单的方法,这个方法包含了 RestTemplate 的参数和逻辑,以及对应的 RequestDto/ResponseDto。消费方开发人员只需要关注己方业务需要,将合适的参数传给该方法,无需关注这些参数是用于 path 还是用于 body,该方法会以合适的方式与服务方沟通。同时我们可以定制化生成的方法,对非空字段进行校验,达到约束效果。

对服务方来说,流水线可以生成对应的 Controller 组件,http path 和方法的匹配等,服务方只需要复写相应的方法来完成自己的业务需求,无需关心传进来的参数是属于 path、header 或者是 body。由于定制化生成的 server 端 sdk 严格根据契约生成了合适的注解,比如 @NotNull, @Size, @Pattern 等,Spring 可以自动对注解进行校验,server 端就可以自动拒绝不符合契约的请求。同时,由于生成的 ResponseDto 也带有响应 validation 注解,我们也可以对服务端返回的 ResponseDto 进行约束。

契约先行模式下,团队的沟通闭环

这样以来,团队的合作流程如下:

  1. 消费方与提供方沟通,达成契约,并在契约代码库中一起提交契约代码,即 OpenAPI doc。然后触发流水线,生成各方代码 sdk。
  2. 双方各自引入 sdk 进入开发。

契约先行模式下,团队的沟通闭环

通过观察以上流程可以发现,与契约测试相比,该流程提前对沟通结果进行了直观的固化,使双方基于细节的沟通提前,从而将反馈周期缩短,减少返工概率。另外,契约一旦提交,自动生成的 server 端和 client 端 sdk 也同时可用,消除了开发过程中消费方和服务方之间的依赖,两端可以并行开发,减少等待时间,提升开发效率。

如果在开发的过程中,哪一方再出现细节问题,需要调整契约时,可以尽早找到另一方进行讨论。此时由于双方都已经进入开发,都了解一些相应的细节,讨论内容更加具体,更加高效,而且讨论产生的契约变动也会更早产生效果。

契约先行的适用场景

契约先行开发并非银弹,它在解决特定场景下的问题时,才更“划得来”。

比如契约应简单直接。 一些非空校验,格式要求,简单的字段间匹配,使用契约先行和生成代码都是低投入高回报,生成的代码具有非常好的约束性。但是如果契约中包含了丰富的业务逻辑,不容易在单个 OpenAPI doc 中描述的,还是手写契约测试更加明晰,维护性也更好。

再比如我们使用的编程语言或框架需要得到 OpenAPI generator 良好的支持。 如果不能根据契约生成好用的代码,或者在生成代码的过程中需要做过多的定制化,那么该方法可能并不适用,或者并不划算。

在开发过程中需要有健全的集成测试或者组件测试。 上述生成的代码中,虽然 sdk 可以对服务间的通信进行合法性约束,但是很多单元测试并不能提前发现问题。比如在 server 端,我们生成的 @NotNull 等注解,需要把 Spring 启动,且测试用例对业务逻辑具有足够的覆盖,才能及早发现问题,避免线上报错。

契约先行的成本

天下没有免费的午餐,在带来上述优势的同时,契约先行开发也会带来一些成本。

最主要的成本是 OpenAPI generator 的学习成本。目前 OpenAPI generator 虽然已经可以支撑大多数的语言和框架,但是要做到足够好用,还需要对生成代码进行一些定制化,这些定制化需要一些时间投入。

结论

在服务间合作开发的过程中,为了维护契约的有效性,适用契约测试可以让不同团队之间的开发在一定程度上解耦。在一定场景下,使用契约先行的合作方式可能更高效,比如契约足够简单直接,开发使用的技术适用于生成的代码,开发过程中已经有足够的集成测试或组件测试时,契约先行可以缩短团队间的反馈闭环,减少等待时间,提升开发效率。

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文/Thoughtworks 刘俊男
原文链接:https://insights.thoughtworks.cn/contract-first-development/

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