ما المقصود باختبار الوحدة؟

يتضمن اختبار الوحدة عزل الوحدات البرمجية بحيث يمكن التأكد من عملها بشكل صحيح قبل دمجها مع باقي أجزاء التطبيق. 

يوفر إطار عمل اختبار الوحدة فوائد فورية وطويلة المدى. على المدى القصير، تسهِّل اختبارات الوحدة عملية التطوير بشكل أسرع من خلال السماح بأتمتة إجراء الاختبارات. على المدى الطويل، توفِّر اختبارات الوحدة تكاليف العمالة؛ لأن الحاجة إلى تصحيح الأخطاء تقل لاحقًا في دورة حياة تطوير البرمجيات (SDLC)، حيث تكون التكاليف عادةً أعلى بكثير.

يرجع سبب انخفاض تصحيح الأخطاء إلى جودة التعليمات البرمجية المحسَّنة التي يدعمها اختبار الوحدة. يشجع اختبار الوحدة على اكتشاف الأخطاء بشكل استباقي ويقظ، وكل ذلك يحدث في مرحلة مبكرة من عملية التطوير. من خلال التركيز على الوحدات الفردية، يمكن للمختبرين التركيز على "وحدات التشغيل"، وهي الأجزاء الفردية من الكود أو أسطر الكود التي يتم تقييمها.

النتيجة النهائية هي بناء قاعدة تعليمات برمجية أقوى، حيث يتم تحديد التغييرات البرمجية وإجراؤها بشكل آمن وفي وقت مبكر أثناء اختبار البرمجيات، ما يساعد على استبدال الأكواد القديمة المتبقية.

من بين جميع أنواع الاختبارات، يمكن اعتبار اختبار الوحدة أنقى مثال على منهجية "التحول إلى اليسار" (shift-left). الهدف من أساليب الاختبار بمنهجية "التحول إلى اليسار" هو نقل أجزاء معينة من اختبار البرمجيات إلى مراحل أبكر ضمن دورة حياة تطوير البرمجيات (SDLC)، استنادًا إلى الجدول الزمني للمشروع الذي يتحرك بشكل متسلسل من اليسار إلى اليمين.

لذلك، إذا تلاعَب المختبر بأصغر أجزاء التعليمات البرمجية المصدر، فهذا يعني العمل على أبسط مستوى في المشروع، ما يضعه في أقصى يسار الجدول الزمني للمشروع. في الواقع، يمكن أن يكون اختبار الوحدة متقدِّمًا إلى حد أن يبدأ قبل إجراء أي هندسة برمجيات فعلية. أحد جوانب اختبار الوحدة هو أنه يدفع مطوِّري البرمجيات إلى التفكير في المشكلات المحتملة لكل وحدة ومعالجتها ذهنيًا أثناء مراحل التصميم المبكرة. 

في مجال اختبار البرمجيات، هناك عدة أنواع من الاختبارات تبدو وكأنها تشترك في بعض الخصائص والوظائف.

على سبيل المثال، من السهل أن نفهم سبب حدوث بعض الالتباس العرضي أحيانًا بين اختبار الوحدة والاختبارات البسيطة. من صياغتهما، يبدو أن المصطلحين يشتركان في معانٍ متقاربة، ونعلم أن اختبارات الوحدة تركِّز على أجزاء بسيطة من التعليمات البرمجية. لكن بينما يقتصر اختبار الوحدة على فحص الأجزاء الأساسية من التعليمات البرمجية، يمكن أن تكون الاختبارات البسيطة -رغم اسمها- أوسع بكثير وأكثر تعقيدًا.

يمكن أيضًا استخدام الاختبارات البسيطة لأغراض متعددة، مثل اختبار التكامل (للتحقق من مدى تكامل العناصر معًا). يمكن أيضًا استخدام الاختبارات البسيطة لإجراء اختبارات شاملة من البداية إلى النهاية (لقياس أداء النظام ككل). الاختلاف الرئيسي يكمُن في بيئة الاختبار لكل منهما. يسعى اختبار الوحدة إلى اختبار التعليمات البرمجية بشكل معزول، في حين أن الاختبارات البسيطة قد تفعل ذلك أو لا.

لحسن الحظ، هناك قدر أقل بكثير من الغموض في أنواع الاختبارات الأخرى. على سبيل المثال، اختبار القبول، الذي يحلِّل النظام البرمجي بأكمله ويفحص مدى قدرته على تلبية توقعات الأعمال ومتطلبات المستخدمين. يحدث اختبار القبول في نهاية دورة حياة تطوير البرمجيات (SDLC)، مباشرةً بعد اختبار الانحدار (الذي يضمن أن تغييرات التعليمات البرمجية لا تسبب أخطاءً في الوظائف) وقبل نشر النظام.

عادةً ما يكمُن الفرق الأبرز بين اختبار الوحدة وأنواع الاختبارات الأخرى في موقعها ضمن دورة حياة تطوير البرمجيات (SDLC). يجب أن يتم اختبار الوحدة في وقت مبكر من دورة الحياة هذه. يتضمن الاختلاف الرئيسي الآخر إذا ما كان يتم التحقق من جزء التعليمات البرمجية بمعزل عن غيره.

هناك خمس خطوات معترف بها على نطاق واسع لاختبار الوحدة، والتي يجب التعامل معها بالتتابع.

هنا، يختار المختبِر كود اختبار الوحدة الذي سيتم تحليله، والذي قد يكون دالة، أو صنفًا، أو طريقة.

الاختيار التالي يتعلق بنوع الاختبار المُراد تنفيذه، سواء أكان اختبارًا يدويًا أم اختبار وحدة مؤتمتًا عبر أحد أطر العمل المتاحة.

تمهيدًا لاختبار الوحدة الفعلي، يحتاج المختبِر إلى التأكد من أن بيئة الاختبار تُلبي جميع المتطلبات اللازمة لتنفيذ الاختبارات، بما في ذلك بيانات الاختبار، والاعتمادات، والكائنات الوهمية. ومن الضروري استخدام بيئة تطوير متكاملة (IDE) في هذه المرحلة.

بيئة التطوير المتكاملة (IDE) هي تطبيق برمجي يمكن تشبيهه بسكين الجيش السويسري متعدد الأغراض، إذ تحتوي على جميع الأدوات اللازمة لكتابة التعليمات البرمجية وبنائها واختبارها وتصحيحها. تعزِّز بيئات IDE إنشاء اختبارات الوحدة وتنفيذها.

يختار المختبِر إطار العمل ويكتب حالات الاختبار التي سيتم استخدامها. أثناء تطوير الاختبارات وتنفيذها، يعمل المحوِّل البرمجي على تحويل الاختبارات المكتوبة بلغات البرمجة إلى كود قابل للتنفيذ. بعد إجراء حالات الاختبار، يؤكِّد المختبِر نتائج الاختبار.

أخيرًا، تبقى خطوة واحدة بعد ذلك. إذا فشلت أي حالة من حالات الاختبار، يحتاج المختبِر إلى تصحيح الكود وتحديد السبب الأساسي للمشكلة. بعد ذلك، يجب إصلاح المشكلة. بعد ذلك، يحتاج المختبِر إلى إجراء اختبارات الوحدة مرة أخرى للتأكد من معالجة أي أخطاء في التعليمات البرمجية.

أثناء كتابة المطورين للاختبارات وتشغيلها، تتوفر لديهم أدوات اختبار متنوعة، حسب احتياجاتهم الخاصة:

• Jest: إطار عمل JavaScript لاختبار عناصر JavaScript وReact. من مزايا Jest الطريقة المفيدة التي يقدِّم بها تقارير عن تغطية التعليمات البرمجية، بما في ذلك نسبة التعليمات البرمجية الإجمالية التي يتم تقييمها. من المزايا الأخرى هي تركيزه على تقديم تجربة اختبار "دون إعدادات"، حيث يقلِّل وقت الإعداد ويصبح بإمكان المطوِّرين البدء بكتابة الاختبارات بسرعة. يُعَد Jest سهل الاستخدام وبسيطًا للمطورين.

• JUnit: إطار عمل Java لاختبار عناصر Java. من مزايا استخدام JUnit تحسين تنظيم التعليمات البرمجية، واكتشاف الأخطاء بشكل أكثر شمولية، وتعزيز عملية إصلاح التعليمات البرمجية. علاوةً على ذلك، من المعروف أن JUnit يساعد على تحسين جودة البرنامج وتبسيط عملية الاختبار. وعلى الرغم من أن JUnit يُستخدَم في المقام الأول لاختبار الوحدات، فإنه يمكن استخدامه أيضًا لاختبار التكامل والاختبار الوظيفي (للنظام بأكمله).

• Mocha: يُعَد Mocha إطار عمل مفتوح المصدر لاختبار كود JavaScript. يُتيح Mocha أتمتة الاختبارات وتنفيذها بناءً على هيكل من "الاختبارات" و"مجموعات الاختبارات"، وهي أدواته التنظيمية لإنشاء الاختبارات وتجميعها. يُعَد إطار عمل Mocha متعدد الاستخدامات ويمكن تكييفه مع احتياجات الاختبار المختلفة. من مزايا Mocha الأخرى إعداد التقارير الشاملة عن النتائج، بحيث يمكن للمطورين اكتشاف فشل الاختبار والبدء بجهود تصحيح الأخطاء.

• NUnit: يُعَد NUnit إطار اختبار آخر مفتوح المصدر، مصممًا للعمل مع منصة NET. ولغات البرمجة المرتبطة بها مثل #C وVB.NET و#F. يوفر NUnit اختبار الوحدة استنادًا إلى سمات الاختبار التي تحدِّد طرق الاختبار، وتعمل مع كود الإعداد قبل الاختبارات وكود التنظيف بعدها. يوفر NUnit طرق تأكيد مختلفة للمساعدة على التحقق من سلوكيات الكود المتوقعة ويستخدم مشغِّل وحدة التحكم NUnit لتنفيذ الاختبارات على دفعات.

• Pytest: يُعَد Pytest إطار عمل لكتابة وتنفيذ اختبارات Python. تظهر مرونته في استخدامه في اختبار الوحدة، واختبار التكامل، والاختبار الشامل والاختبار الوظيفي. تتمثل فائدته الأساسية في الدعم المدمج الذي يوفره لتشغيل الاختبارات، ما يسمح لك بتشغيل الاختبار نفسه ولكن بإدخال مختلف، دون الحاجة إلى تكرار كود الاختبار. كما أنه يدعم سهولة السخرية والتصحيح (استبدال كائن وهمي مؤقتًا بكائن أو وظيفة أو طريقة حقيقية)، بما في ذلك إنشاء كائنات وهمية لأغراض الاختبار.

• xUnit: يُعَد xUnit إطار عمل آخر مفتوح المصدر شائعًا لاختبار الوحدات، يتم استخدامه عادةً في التطوير المتعلق بلغة البرمجة #C. تم تصميم xUnit خصيصًا لأغراض اختبار الوحدات، لذا فهو يتفوق في توفير بيئة تشغيل كود معزولة لاختبار العناصر. يتميز xUnit أيضًا بسهولة وسلاسة صياغته، ما يبسِّط عملية إنشاء الاختبارات. علاوةً على ذلك، فهو يتكامل بشكل جيد مع أدوات الاختبار الأخرى لسير عمل تشغيل سلس.

يمثِّل اختبار الوحدة نهجًا متعمقًا وعمليًا للاختبار، كما توضِّح هذه الاستراتيجيات الاختبارية.

كما هو الحال في جميع مجالات الحوسبة، يُضيف الذكاء الاصطناعي (AI) سرعة كبيرة وفوائد أخرى لاختبار الوحدات. فيما يلي بعض الأمثلة حول كيفية قيام الذكاء الاصطناعي الآن بإحداث تغيير جذري في اختبار الوحدة: 

• كتابة الاختبارات بسرعة أكبر: يمكن للذكاء الاصطناعي إنشاء مجموعات كاملة من اختبارات الوحدات أسرع من البشر، ما يساعد فرق التطوير على مواصلة إنجاز الاختبارات المطلوبة دون التأثير سلبًا في جداول إصدار المنتجات.

• تحسين تغطية الاختبارات: يؤدي الذكاء الاصطناعي عملًا متقنًا في اكتشاف حالات الحافة التي قد يغفل عنها المختبِرون البشريون. ومع ذلك، قد تكون أكثر ميزات الذكاء الاصطناعي روعة هي قدرته على توليد اختبارات "قابلة للشفاء الذاتي" تتعلم من أنماط تغييرات الكود، بحيث تظل الاختبارات ذات صلة بمرور الوقت.

• التحليل المتقدم للاختبارات: يُتيح الذكاء الاصطناعي القدرة على إجراء اختبارات معقدة، مثل التحليل التنبؤي لفشل الاختبارات، الذي يستخدم البيانات التاريخية وأنماط الكود لتحديد الفشل المحتمل للاختبارات. وعلى نحو مماثل، يُتيح الذكاء الاصطناعي تحليل السبب الأساسي لتحديد الأسباب الأساسية لفشل الاختبار.

• التعليقات المستمرة: مع إدخال الذكاء الاصطناعي في اختبار الوحدات، أصبح من الأسهل تحقيق تكامل قوي مع بيئات التطوير بالإضافة إلى مسارات عمليات التطوير وCI/CD. من خلال هذا التكامل، يمكن للمختبِرين تلقي التعليقات باستمرار وتحقيق دورات تطوير أسرع.