微服务测试的思考与实践

Posted 2021-01-25 doit8791

微服务架构是一种架构模式，它提倡将单一应用程序划分成一组小的服务，每个服务运行在其独立的进程中，服务间采用轻量级通信机制互相沟通（通常是基于HTTP协议的RESTful API）。每个服务都围绕着具体的业务进行构建，并且能够被独立部署到生产环境、预生产环境。

从微服务的概念可以看出它有如下好处：

• 每个服务可以独立开发
• 处理的单元粒度更细
• 单个服务支持独立部署和发布
• 更有利于业务的扩展

同时，独立开发导致技术上的分离，HTTP通信加上Queue的机制增加了问题诊断的复杂度，对系统的功能、性能和安全方面的质量保障带来了很大的挑战。另外，服务间的复杂依赖关系带来了很多的不确定性，要实现独立部署，对运维也提出了更高的要求。微服务架构的系统要特别关注这几个方面：

• 服务间的依赖、连通性
• 服务的容错、可用性
• 数据的最终一致性
• 独立部署
• 不确定性

测试策略的选择

谈到微服务的测试策略，很容易就想到了老马推荐的文章《Microservices Testing》，该文推荐的微服务框架下的测试策略是这样的：

（经典策略模型）

这个策略模型强调测试分层以及每一层的恰当覆盖，整体符合金字塔结构。它是最优的吗？

有人对此提出了质疑…认为策略模型应该是蜂巢形状的（请参考文章）：

（蜂巢模型）

这个模型重点关注服务间的集成测试，两端的单元测试和UI层E2E测试较少。

也有同事提出微服务下的测试结构应该是钻石形状的，服务间的集成依然是重点，单元测试较少，而顶层增加了安全和性能等非功能测试。

（钻石模型）

好像都有道理，到底选择什么样的策略模型好呢？不禁陷入了困境……怎么办？不妨先来听听我们项目的故事吧！

项目的故事

测试策略的演进

还是那个蓝鲸项目，不知不觉进入了第九个年头。在这九年里，随着业务的不断发展，系统架构也进行了多次演进和调整。相应的，测试策略也发生了有意思的演进变化。

（测试策略的演进）

最初单一用户系统、单体架构的时候，严格按照测试金字塔来组织各层的自动化测试。随着功能的扩展，大量mock的单元测试给重构带来了很大的不便。

企业系统开始开发的时候，我们调整了策略，减少单元测试的编写，增加UI层E2E测试的覆盖，测试结构由原来的金字塔演变成上面梯形下面倒三角的形式。

后来，架构调整，开始服务化。此时，大量的E2E测试渐渐暴露出问题：

• CI上的测试执行时间越来越长，而且定位问题的能力很弱，测试一旦失败需要很长时间修复，测试人员好几天也拿不到可以测试的版本，反馈周期过长；
• 由于服务化带来的不稳定因素增加，E2E测试没法很好的覆盖到需要的场景，测试人员就算拿到可测的版本也总有各种缺陷发生。

因此，项目引入契约测试，停止编写新的E2E测试，将测试下移，分别用API测试和契约测试取代。

随着功能的不断增加，虽然E2E测试的量并不增加，但是其不稳定性、维护难、定位难的问题有增无减，此时已经很难由自动化测试来保证产品的质量。为了平衡成本和收益，项目考虑去掉大部分E2E测试，只保留少量的Smoke测试，将更多的测试下移。

同时，技术雷达上新的技术“生产环境下的QA”出现，项目也开始关心生产环境，并且在QA测试阶段结合微服务的特点进行对应的探索式测试。

应对微服务的挑战

前文提到过微服务带来的挑战，下面来看项目是如何应对这些挑战的。

服务间的依赖、连通性

微服务架构下，独立开发的服务要整合起来最具挑战，如何保证服务间的依赖关系和连通性非常关键。前面已经讲过E2E集成测试有很大的挑战，并不适合，而消费端驱动的契约测试是个不错的选择。项目正是利用契约测试去保证服务间的连通性，取代一部分E2E集成测试。

服务的容错、可用性

在系统负荷达到一定程度或者某个服务出现故障的时候，微服务架构有两种技术来确保系统的可用性：服务的熔断和降级。服务的熔断是指当某个服务出现故障时，为了保证系统整体的可用性，会关闭掉出现故障的服务；服务的降级则是当系统整体负荷过载的时候，考虑关闭某些外围服务来保证系统的整体可用性。

对应的测试包括：

1. 熔断：从性能角度，当系统负载达到某个熔断状态的时候，服务是否能正确熔断；同时，从功能角度验证熔断后系统的行为是否跟预期相符；
2. 降级：从业务的角度，要能区分出核心业务和外围业务，在需要降级的时候不能影响核心业务；当某个服务降级后，从功能角度验证系统行为是否跟预期相符。

数据的最终一致性

（数据一致性）

数据一致性是微服务特别需要关注的。举个例子，电商平台某个订单支付成功以后，需要更新积分和订单状态，当订单服务或者积分服务其中有一个出现故障的时候，就会导致最终的数据不一致性。

测试这种情况，从业务的角度分析哪些服务会导致数据不一致性，制造对应的异常情况去测试数据的最终一致性。

独立部署

微服务的独立部署需要有CI、CD的支持，跟DevOps实践分不开。同时，更为关键的是需要契约测试来验证独立部署后服务行为的正确性。项目在这方面的工作，请参考王健的文章：你的微服务敢独立交付吗？

不确定性

微服务架构使得系统复杂度增加不少，很多的事情发生都是不可预测的，只能在其发生以后找到产生的原因。因此，也就没法在预生产环境通过测试去发现在真实生产环境才会发生的issue，我们需要把目光转移到生产环境，利用生产环境的不确定性、微服务的不可预测性来构建反脆弱的系统。

项目在这方面主要采用的技术是生产环境下的QA，请参考文章：生产环境下的QA

项目测试策略

从前面介绍的演进过程可以看到，项目测试策略在不同阶段结合参考了不同的策略模型：金字塔->近似钻石（除非功能测试外，类似于钻石模型）->蜂巢。后期全面服务化的时候，我们认为蜂巢模型是比较适合的。

当然，光有符合这个策略模型的自动化测试是远远不够的，我们项目还采用了针对微服务特点的探索式测试，保持持续交付节奏，践行DevOps实践，结合生产环境下的QA等技术把关注点右移到生产环境。

现在，项目整体测试策略演变成下图的形式：

（项目测试策略）

1. 项目采用的是敏捷迭代开发和持续交付的模式，每四周一个发布周期。
2. 在开发过程中实现的自动化测试是分层实现的：底层少量的单元测试，中间量最多的是API测试（类似于老马策略模型里的组件测试），上面有一部分契约测试和少量的Smoke测试来保证服务间的契约和集成。除此之外，QA有手动的探索式测试，其中包括针对微服务特点进行的一些测试。整个测试结构是类似于蜂巢模型的。
3. 采用生产环境下的QA技术，利用生产环境，进行error监控、用户行为分析、用户反馈收集，从而来影响和指导预生产环境的开发和测试工作。
4. 利用DevOps实践，做到高效的部署和监控，跟生产环境下的QA结合，形成良性的环路，保证项目的正常交付。

测试策略再思考

项目上多次测试策略的调整，看似很简单，其实每次调整并不是一个轻松的过程，都是平衡利弊、综合考虑多个因素才做出的决定。

分析整个调整过程，最后突然发现：当我们面对多个策略模型不知道如何选择的时候，其实我们陷入了一个太过于关注测试结构的误区，忘记了最初的目标是什么。

影响测试策略的因素

跳出误区，回到原点，重新思考测试策略的目标。影响策略的最关键因素是业务价值、质量要求、痛点。

（影响测试策略的因素）

业务价值

带来更大的业务价值、帮企业赢得更多的利润，是软件系统的目标；软件测试是软件系统成功的保障之一，业务价值也是测试策略的终极目标。所有测试活动都要围绕这个目标开展，考虑业务优先级，有效规避业务风险。

质量要求

不同的系统、同一系统的不同利益干系人（参与的不同角色）对于质量的定义和要求都可能是不同的，这毫无疑问是影响测试策略的一个关键因素。

对于仅有内部用户的系统，关注的重心可能是系统的功能；而对外发布的产品，则要求更高，一个按钮位置的不恰当都可能带来大量用户的流失。

痛点

真正的痛点往往也是优先级最高，迫切需要解决的。那些可以通过测试策略的调整来解决的痛点，自然成为了关键的影响因素之一。比如，CI Pipeline出包太慢，为了提高出包的效率，一方面在Pipeline本身想办法，另一方面调整自动化测试的比例、执行频率等也是解决方案之一。

演进式测试策略

处在不同阶段的项目，在业务价值这个大目标下，其他影响因素也是会不一样的，跟技术架构的演进一样，测试策略也应该是演进式的。

从目标出发，综合所处阶段各个方面的影响因素，制定出适合当时的测试策略。随着时间的推移，对策略进行评估和度量，并进一步改进、提高，以更好的满足需求。这就是目标驱动的演进式测试策略。

（演进式测试策略）

总结

微服务架构下多个服务的整合是最具有挑战的，对此最重要的是契约测试。契约测试有效保证服务间的契约关系不被破坏，确保服务的连通性，有助于实现真正的独立部署和独立交付。

微服务架构引入的不确定性并不是坏事，可以利用这些不确定性，采用生产环境下的QA等技术，增强系统的反脆弱性，从中获益。

测试策略的影响因素不是唯一的，技术架构并不是最关键的因素。微服务架构下的测试策略跟其他架构下的并不会有本质的区别。

业务价值始终是我们的终极目标。在这个终极目标的驱动下，测试策略不是制定完了就可以束之高阁的，需要在整个软件系统构建过程中不断的度量和改进，是演进式的。

 2018年11月12日  林冰玉