Unit Test là gì? Lợi ích & Cách thực hiện kiểm thử phần mềm

Ngày nay, việc tạo ra code chất lượng cao, ít lỗi trong phát triển phần mềm là mục tiêu hàng đầu. Unit Testing chính là công cụ mạnh mẽ giúp chúng ta đạt được điều đó. Bài viết này của InterData sẽ đi sâu vào Unit Test là gì, từ khái niệm cơ bản, ưu – nhược điểm, các kỹ thuật nâng cao đến cách viết Unit Test hiệu quả, giúp bạn tự tin xây dựng những ứng dụng vững chắc.

Unit Test là gì?

Unit Testing là một cấp độ kiểm thử phần mềm, nơi các thành phần nhỏ nhất và độc lập của mã nguồn được kiểm tra riêng lẻ để đảm bảo chúng hoạt động đúng như mong đợi được gọi là “unit” (đơn vị). Một “unit” có thể là một hàm, một phương thức, một lớp hoặc một module nhỏ.

Mục tiêu chính của Unit Testing là cô lập từng phần của chương trình và xác minh tính đúng đắn của chúng, giúp dễ dàng xác định và sửa lỗi ngay tại nơi phát sinh, trước khi chúng lan rộng ra toàn bộ hệ thống.

Mục đích của Unit Test

Mục đích chính của Unit Test (kiểm thử đơn vị) là cô lập và kiểm tra từng đơn vị nhỏ nhất của mã nguồn (như hàm, phương thức, lớp) để xác minh rằng đơn vị đó hoạt động đúng như mong đợi theo yêu cầu thiết kế và logic đã định nghĩa:

Cụ thể:

• Xác nhận tính chính xác của từng phần nhỏ trong code để đảm bảo chúng thực hiện đúng chức năng đã định.
• Phát hiện và sửa lỗi sớm trong quá trình phát triển giúp tiết kiệm thời gian và chi phí so với việc sửa lỗi ở các giai đoạn kiểm thử sau.
• Cung cấp sự cô lập để dễ dàng tìm và khắc phục nguyên nhân lỗi bởi mỗi Unit Test chỉ tập trung vào một phần nhỏ nhất của ứng dụng.
• Hỗ trợ việc bảo trì và tái sử dụng code bằng cách đảm bảo rằng các chỉnh sửa hoặc chức năng mới không ảnh hưởng tiêu cực đến các phần đã được kiểm thử.
• Đóng vai trò như tài liệu kỹ thuật giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về cấu trúc và hành vi của code.
• Tăng cường độ tin cậy của phần mềm và làm cơ sở cho kiểm thử tự động trong các quy trình phát triển hiện đại như Agile, DevOps.

Unit Test giúp đảm bảo chất lượng code ở mức nhỏ nhất bằng cách kiểm thử độc lập từng phần của chương trình, phát hiện lỗi sớm, giảm chi phí sửa chữa và hỗ trợ bảo trì hiệu quả trong suốt vòng đời phát triển phần mềm.

So sánh Unit Test vs Integration Test, Functional Test

Dưới đây là bảng so sánh chi tiết giữa Unit Test, Integration Test và Functional Test:

Tiêu chí	Unit Test	Integration Test	Functional Test
Định nghĩa	Kiểm thử từng đơn vị nhỏ nhất của phần mềm (hàm, module) riêng biệt	Kiểm thử sự phối hợp, tương tác giữa các module hoặc thành phần đã tích hợp	Kiểm thử các chức năng của ứng dụng theo yêu cầu nghiệp vụ, đánh giá hành vi toàn hệ thống
Mục đích	Đảm bảo từng đơn vị code hoạt động đúng như thiết kế	Đảm bảo các module tích hợp với nhau hoạt động trơn tru, không lỗi khi phối hợp	Đảm bảo ứng dụng thực hiện đúng các chức năng theo yêu cầu người dùng
Mức độ phức tạp	Thấp, tập trung vào các phần nhỏ, đơn giản	Trung bình, kiểm thử các tương tác giữa các module	Cao, kiểm thử toàn bộ chức năng và kịch bản nghiệp vụ
Kỹ thuật kiểm thử	White-box testing (kiểm thử hộp trắng)	White-box, Black-box hoặc Grey-box testing	Black-box testing (kiểm thử hộp đen)
Ai thực hiện	Chủ yếu là developer	Tester hoặc developer	Tester hoặc automation tester
Phạm vi kiểm thử	Một hàm, lớp hoặc module cụ thể	Nhiều module hoặc thành phần kết hợp	Toàn bộ ứng dụng hoặc một phần chức năng lớn
Dữ liệu sử dụng	Dữ liệu đơn giản, kiểm tra logic riêng lẻ	Dữ liệu phức tạp hơn, kiểm tra luồng dữ liệu qua các module	Dữ liệu thực tế, kịch bản người dùng
Lỗi thường phát hiện	Lỗi logic, lỗi cú pháp, lỗi tính toán trong module	Lỗi giao tiếp, lỗi tích hợp, lỗi truyền dữ liệu giữa các module	Lỗi chức năng, lỗi nghiệp vụ, lỗi giao diện, lỗi tương tác người dùng
Cơ hội lọt bug	Thấp nhất	Thấp hơn Unit Test nhưng vẫn có thể lọt	Cao nhất do phạm vi rộng và phức tạp
Thời điểm thực hiện	Sớm nhất, trong giai đoạn phát triển code	Sau khi hoàn thành Unit Test, trước System Test	Sau khi Integration Test, gần cuối chu trình phát triển

Kết luận:

• Unit Test kiểm tra từng phần nhỏ nhất của code, giúp phát hiện lỗi sớm ngay trong quá trình phát triển, sử dụng kỹ thuật kiểm thử hộp trắng.
• Integration Test kiểm tra sự phối hợp giữa các module, đảm bảo các phần riêng biệt kết hợp với nhau không gây lỗi, có thể dùng kỹ thuật hộp trắng, đen hoặc xám.
• Functional Test kiểm tra toàn bộ chức năng của ứng dụng theo yêu cầu nghiệp vụ, tập trung vào hành vi bên ngoài của phần mềm, sử dụng kỹ thuật kiểm thử hộp đen.

Các nguyên tắc khi viết Unit Test

Các nguyên tắc của Unit Testing là những quy tắc cơ bản giúp đảm bảo việc viết và thực thi kiểm thử đơn vị hiệu quả, chính xác và dễ bảo trì. Dưới đây là các nguyên tắc quan trọng được tổng hợp từ các nguồn uy tín:

• Độc lập (Independence): Mỗi Unit Test phải hoạt động độc lập, không phụ thuộc vào kết quả hay trạng thái của các test khác. Điều này giúp dễ dàng chạy song song, bảo trì và xác định lỗi chính xác.
• Tự động và lặp lại được (Automated and Repeatable): Unit Test cần được tự động hóa để có thể chạy nhiều lần trong suốt quá trình phát triển, đặc biệt là mỗi khi có thay đổi mã nguồn. Việc này giúp phát hiện lỗi sớm và nhanh chóng.
• Kiểm tra một đơn vị chức năng cụ thể (Test One Thing at a Time): Mỗi Unit Test chỉ nên kiểm tra một chức năng hoặc một đơn vị mã cụ thể, tránh kiểm tra nhiều thứ cùng lúc để dễ dàng xác định nguyên nhân lỗi khi test thất bại.
• Dễ đọc và rõ ràng (Readable and Understandable): Tên test và nội dung test phải rõ ràng, mô tả đúng mục đích kiểm thử, giúp người khác dễ dàng hiểu và bảo trì.
• Bao phủ các trường hợp (Coverage of Cases): Unit Test cần bao phủ cả các trường hợp đầu vào hợp lệ, không hợp lệ, và các tình huống biên (edge cases) để đảm bảo mã xử lý đúng mọi tình huống.
• Sử dụng dữ liệu giả (Mocking/Stubbing) để cô lập đơn vị: Để cô lập đơn vị cần test khỏi các phụ thuộc bên ngoài như database, API, nên sử dụng mock hoặc stub giúp test tập trung vào đơn vị được kiểm tra.
• Kiểm tra kết quả và ngoại lệ (Assertions): Mỗi Unit Test cần có các câu lệnh assertion để kiểm tra tính chính xác của kết quả đầu ra, sự tồn tại của đối tượng, hoặc các lỗi ngoại lệ mong muốn.
• Fail-First (Bắt đầu với trạng thái fail): Unit Test nên được viết sao cho ban đầu fail, sau đó sửa mã để test pass, đảm bảo test thực sự kiểm tra được lỗi chứ không chỉ là code test sai lệch.
• Không phụ thuộc vào thứ tự thực thi (Order Independence): Kết quả của Unit Test không được phụ thuộc vào thứ tự chạy các test case, giúp việc chạy song song và bảo trì dễ dàng hơn.
• Sửa lỗi ngay khi phát hiện: Lỗi được phát hiện trong Unit Test cần được sửa ngay trước khi chuyển sang giai đoạn phát triển tiếp theo để tránh phát sinh lỗi phức tạp hơn.

Ưu – Nhược điểm của Unit Test

Mặc dù Unit Testing mang lại nhiều lợi ích, nhưng nó cũng có những hạn chế nhất định. Việc hiểu rõ cả hai mặt ưu – nhược của Unit Test là gì sẽ giúp bạn đưa ra quyết định phù hợp về việc áp dụng Unit Testing trong dự án của mình.

Ưu điểm của Unit Test

• Phát hiện lỗi sớm và nhanh chóng: Đây là lợi ích quan trọng nhất. Lỗi được tìm thấy ngay khi code được viết, giúp giảm chi phí sửa chữa.
• Cải thiện chất lượng và độ tin cậy của mã: Buộc lập trình viên viết code dễ kiểm thử, dẫn đến thiết kế tốt hơn và ít lỗi hơn.
• Giảm chi phí bảo trì và sửa lỗi: Việc khắc phục lỗi ở giai đoạn sớm rẻ hơn rất nhiều so với khi chúng đã đi vào môi trường sản phẩm.
• Tạo tài liệu sống cho code: Các Unit Test rõ ràng có thể được dùng như tài liệu hướng dẫn cách sử dụng các hàm và lớp.
• Thúc đẩy quá trình refactoring an toàn: Cung cấp sự tự tin để cải thiện cấu trúc code mà không sợ làm hỏng chức năng hiện có.
• Hỗ trợ phát triển theo TDD: Là nền tảng cho phương pháp phát triển hướng kiểm thử.

Nhược điểm của Unit Test

• Tốn thời gian và công sức ban đầu: Việc viết Unit Test đòi hỏi thêm thời gian và công sức trong giai đoạn phát triển ban đầu. Đôi khi, code test có thể nhiều hơn code chính.
• Không kiểm thử được tích hợp: Unit Test chỉ kiểm tra từng đơn vị độc lập. Nó không thể phát hiện lỗi phát sinh do sự tương tác giữa các thành phần khác nhau của hệ thống.
• Đòi hỏi kỹ năng và kinh nghiệm: Viết Unit Test tốt yêu cầu lập trình viên phải có kỹ năng về thiết kế kiểm thử, mock, stub, và hiểu rõ cách viết code dễ kiểm thử.
• Không thay thế được các loại kiểm thử khác: Unit Test không thể thay thế kiểm thử tích hợp (Integration Testing), kiểm thử hệ thống (System Testing) hay kiểm thử chấp nhận (Acceptance Testing). Nó chỉ là một phần của chiến lược kiểm thử toàn diện.
• Rủi ro test ảo (False Positive/Negative): Nếu test được viết kém, chúng có thể đưa ra kết quả sai (báo lỗi khi không có lỗi – false positive, hoặc bỏ qua lỗi khi có lỗi – false negative).

Các Framework hỗ trợ Unit Test phổ biến

Mỗi ngôn ngữ lập trình đều có các framework Unit Testing riêng, giúp đơn giản hóa quá trình viết và chạy test. Việc chọn đúng framework sẽ giúp bạn tối ưu hóa công việc.

• Java: JUnit, TestNG
  • JUnit: Là framework Unit Testing phổ biến nhất cho Java, được sử dụng rộng rãi và có cộng đồng hỗ trợ lớn. Nó đơn giản, dễ học và tích hợp tốt với hầu hết các IDE.
  • TestNG: Mạnh mẽ hơn JUnit một chút, cung cấp nhiều tính năng nâng cao như nhóm test, chạy test song song, tham số hóa test, và báo cáo linh hoạt hơn.
• C#: NUnit, MSTest, xUnit
  • NUnit: Một trong những framework kiểm thử Unit Testing đầu tiên và phổ biến nhất cho .NET. Nó có cú pháp tương tự JUnit.
  • MSTest: Framework kiểm thử tích hợp sẵn trong Visual Studio của Microsoft. Dễ dàng sử dụng cho những ai làm việc trong môi trường .NET.
  • xUnit.net: Một framework kiểm thử thế hệ mới, linh hoạt và mở rộng hơn, được thiết kế để kiểm thử đa nền tảng.
• JavaScript: Jest, Mocha, Jasmine
  • Jest: Được phát triển bởi Facebook, Jest là một framework kiểm thử tích hợp, mạnh mẽ và dễ sử dụng cho JavaScript và React. Nó đi kèm với các tính năng như code coverage và mocking.
  • Mocha: Một framework kiểm thử JavaScript linh hoạt, cần kết hợp với các thư viện assertion (như Chai) và mocking (như Sinon).
  • Jasmine: Một framework kiểm thử behavior-driven development (BDD) cho JavaScript, không yêu cầu DOM.
• Python: unittest, pytest
  • unittest: Là module kiểm thử tích hợp sẵn trong thư viện chuẩn của Python, lấy cảm hứng từ JUnit.
  • pytest: Một framework kiểm thử bên thứ ba phổ biến hơn, nổi tiếng với cú pháp ngắn gọn, dễ đọc và khả năng mở rộng cao. Pytest rất được cộng đồng Python yêu thích.

Ví dụ về Unit test C#

Dưới đây là một ví dụ đơn giản về Unit Test trong C# sử dụng framework MSTest, một trong những framework kiểm thử phổ biến trong .NET:

using Microsoft.VisualStudio.TestTools.UnitTesting;

namespace MyProject.Tests
{
// Lớp chứa các Unit Test
[TestClass]
public class CalculatorTests
{
// Phương thức cần test
public int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}

// Unit Test cho phương thức Add
[TestMethod]
public void Add_TwoNumbers_ReturnsSum()
{
// Arrange: chuẩn bị dữ liệu đầu vào
int num1 = 5;
int num2 = 3;
int expected = 8;

// Act: gọi phương thức cần test
int actual = Add(num1, num2);

// Assert: kiểm tra kết quả trả về có đúng như mong đợi không
Assert.AreEqual(expected, actual);
}
}
}

Giải thích ví dụ:

• Add là phương thức đơn giản cộng hai số nguyên.
• Add_TwoNumbers_ReturnsSum là Unit Test kiểm tra xem Add có trả về tổng đúng không.
• Assert.AreEqual dùng để so sánh kết quả thực tế (actual) với kết quả mong đợi (expected).
• Thuộc tính [TestMethod] đánh dấu phương thức này là một test case.
• [TestClass] đánh dấu lớp chứa các test case.

Bạn có thể chạy test này trong Visual Studio bằng Test Explorer hoặc tích hợp vào quy trình CI/CD để tự động kiểm thử. Nếu bạn dùng các framework khác như NUnit hoặc xUnit, cú pháp sẽ hơi khác nhưng nguyên tắc viết test tương tự.

5 Kỹ thuật nâng cao trong Unit Testing

Khi đã nắm vững những kiến thức cơ bản về Unit Test là gì, bạn có thể khám phá các kỹ thuật nâng cao để viết Unit Test hiệu quả hơn, đặc biệt với mã nguồn phức tạp hoặc có nhiều phụ thuộc. Các kỹ thuật này giúp đo lường mức độ kiểm thử của code.

Dưới đây là các kỹ thuật nâng cao phổ biến trong Unit Testing giúp tăng độ bao phủ và chất lượng kiểm thử mã nguồn.

Statement Coverage

Statement Coverage (bao phủ câu lệnh) là kỹ thuật kiểm thử đảm bảo rằng mỗi câu lệnh trong mã nguồn được thực thi ít nhất một lần trong quá trình chạy test. Mục tiêu của nó là phát hiện các đoạn mã chưa được chạy đến, từ đó loại bỏ mã chết hoặc đoạn mã bị bỏ sót.

Tuy nhiên, đạt 100% statement coverage không đồng nghĩa với việc mã không còn lỗi, vì nó không kiểm tra các đường đi hay điều kiện trong câu lệnh.

Decision Coverage

Decision Coverage (bao phủ quyết định) tập trung vào việc đảm bảo mọi điểm quyết định trong mã (như các câu lệnh if, switch) đều được kiểm tra với tất cả các kết quả có thể (true/false) ít nhất một lần. Đây là bước nâng cao hơn so với statement coverage, giúp phát hiện lỗi mà statement coverage có thể bỏ qua do chưa kiểm tra tất cả các nhánh logic.

Branch Coverage

Branch Coverage (bao phủ nhánh) đo lường mức độ mà tất cả các nhánh (true/false) của mỗi điểm quyết định được thực thi trong quá trình test. Nó giúp đảm bảo rằng mọi đường đi rẽ trong mã đều được kiểm thử, từ đó tăng khả năng phát hiện lỗi logic phức tạp hơn. Branch coverage được xem là kỹ thuật quan trọng trong kiểm thử để đánh giá độ bao phủ nhánh của mã nguồn.

Condition Coverage

Condition Coverage (bao phủ điều kiện) kiểm tra từng biểu thức boolean con trong một điều kiện phức tạp được đánh giá cả giá trị true và false.

Ví dụ, với điều kiện if (A && B), condition coverage đảm bảo cả A và B đều được kiểm thử với giá trị true và false riêng biệt, ngay cả khi kết quả tổng thể của điều kiện không thay đổi. Điều này giúp phát hiện lỗi tiềm ẩn trong các biểu thức logic phức tạp mà decision hoặc branch coverage có thể bỏ sót.

Finite State Machine Coverage

Finite State Machine Coverage là kỹ thuật kiểm thử dựa trên mô hình máy trạng thái hữu hạn (FSM), trong đó test case được thiết kế để bao phủ các trạng thái, chuyển trạng thái, hoặc các hành động trong FSM. Đây là kỹ thuật quan trọng khi kiểm thử các hệ thống có trạng thái phức tạp như giao diện người dùng, thiết bị nhúng, hoặc các hệ thống điều khiển, giúp đảm bảo mọi trạng thái và chuyển trạng thái đều được kiểm tra đầy đủ.

Quy trình thực hiện Unit Test

Để đảm bảo sản phẩm phần mềm không gặp lỗi, bạn cần xác nhận rằng từng bước kiểm thử đã được thực hiện đúng quy trình. Vì vậy, việc nắm rõ từng giai đoạn trong quy trình Unit Test là vô cùng cần thiết. Dưới đây là các bước cơ bản trong giai đoạn đầu tiên của hệ thống kiểm thử phần mềm hoàn chỉnh:

Lập kế hoạch kiểm thử Unit Test

Một hệ thống hoặc quy trình làm việc muốn vận hành trơn tru và đúng hạn thì cần xác định rõ từng đầu việc cụ thể, từng hạng mục theo các mốc thời gian cụ thể. Tất cả phải được thể hiện trong một bản kế hoạch chi tiết.

Lưu ý, bản kế hoạch nên được thực hiện trên nền tảng online, có sự phối hợp giữa các bộ phận liên quan và cần đảm bảo tính ngắn gọn, dễ theo dõi và cập nhật tiến độ kịp thời.

Xây dựng kịch bản kiểm thử phần mềm

Trước khi kiểm thử bất kỳ phần nào trong phần mềm, bạn cần suy nghĩ trước tất cả các biến số có thể xảy ra và xây dựng các kịch bản kiểm thử phù hợp. Điều này giúp hệ thống hiểu được mục tiêu bạn đang hướng tới, vì hệ thống không thể tự suy đoán ý định của con người.

Tiến hành kiểm thử đơn vị (Unit Testing Execution)

Ở bước này, tester sẽ thực hiện các đầu việc chuyên môn bao gồm kiểm thử các câu lệnh và các đoạn mã nguồn nhằm đánh giá chất lượng, khả năng thay đổi và các rủi ro có thể phát sinh trong tương lai gần.

Báo cáo kết quả kiểm thử Unit Test

Giai đoạn này yêu cầu người kiểm thử tổng hợp và khái quát toàn bộ vấn đề, liệt kê đầy đủ các cấu trúc của từng Unit, đồng thời tóm tắt lại tất cả lỗi (nếu có). Việc lưu trữ toàn bộ dữ liệu sau kiểm thử cũng rất quan trọng để phục vụ quá trình phát triển sau này.

Điều chỉnh và sửa lỗi mã nguồn

Sau khi nhận được báo cáo kiểm thử chi tiết cho từng Unit, lập trình viên sẽ tiến hành sửa lại mã nguồn sao cho khớp với kế hoạch ban đầu và đảm bảo đáp ứng đúng chức năng sản phẩm đã đề ra.

Khi đã hoàn thành quy trình kiểm thử đơn vị, sản phẩm sẽ tiếp tục bước sang giai đoạn kiểm thử tiếp theo là kiểm thử tích hợp (Integration Testing).

Cách viết Unit Testing hiệu quả

Unit Testing (Kiểm thử đơn vị) là quá trình viết các đoạn mã kiểm tra để đảm bảo từng phần nhỏ nhất của phần mềm (đơn vị) hoạt động đúng như mong đợi. Dưới đây là hướng dẫn cơ bản để viết Unit Test hiệu quả:

• Hiểu rõ đơn vị cần kiểm thử: Xác định chức năng, phương thức hoặc module nhỏ nhất bạn muốn kiểm tra và đảm bảo đơn vị đó có thể tách biệt để kiểm thử độc lập.
• Chọn framework Unit Test phù hợp: Với mỗi ngôn ngữ lập trình có các framework riêng như JUnit (Java), NUnit (C#), PyTest (Python), Jest (JavaScript)… Framework giúp bạn viết, chạy và quản lý các test case dễ dàng hơn.
• Viết các test case theo nguyên tắc AAA (Arrange – Act – Assert): Arrange (Chuẩn bị): Khởi tạo dữ liệu, đối tượng cần thiết cho test; Act (Thực thi): Gọi hàm hoặc phương thức cần kiểm thử; Assert (Xác nhận): Kiểm tra kết quả trả về có đúng như kỳ vọng không.
• Sử dụng dữ liệu giả (Mock, Stub) để cô lập đơn vị: Thay thế các thành phần phụ thuộc như database, API, service bên ngoài bằng mock để test không bị ảnh hưởng bởi yếu tố bên ngoài.
• Viết test bao phủ các trường hợp: Bao gồm cả trường hợp đầu vào hợp lệ, không hợp lệ, và các tình huống biên (edge cases).
• Chạy test thường xuyên và liên tục: Tích hợp Unit Test vào quy trình phát triển, ví dụ theo phương pháp TDD (Test-Driven Development) hoặc BDD (Behavior Driven Development) giúp phát triển phần mềm chất lượng cao hơn.
•  Đặt tên test rõ ràng và có ý nghĩa: Tên test nên mô tả được chức năng và kết quả mong đợi, giúp dễ đọc, hiểu và bảo trì.

Việc viết Unit Testing đúng cách giúp phát hiện lỗi sớm, giảm chi phí sửa lỗi và tăng độ tin cậy của phần mềm trong quá trình phát triển. Áp dụng các thực hành tốt như TDD và BDD sẽ nâng cao hiệu quả kiểm thử và chất lượng sản phẩm.

Unit Testing không chỉ là một kỹ thuật kiểm thử; nó là một triết lý giúp định hình cách chúng ta thiết kế và viết code. Bằng cách hiểu rõ về Unit Test là gì và áp dụng Unit Testing một cách có hệ thống, lập trình viên có thể xây dựng phần mềm mạnh mẽ hơn, đáng tin cậy hơn và dễ bảo trì hơn.