如何测试包含私有方法、字段或内部类的类

技术背景

在Java开发中，私有方法、字段和内部类是实现类封装性的重要手段。然而，在进行单元测试时，有时需要对这些私有元素进行测试，以确保代码的正确性。但直接测试私有元素可能会破坏类的封装性，因此需要一些特殊的方法来处理。

实现步骤

1. 使用反射机制

反射是Java提供的一种强大的机制，可以在运行时检查和修改类、方法、字段等。可以通过反射来调用私有方法和访问私有字段。

// 调用私有方法
Method method = TargetClass.getDeclaredMethod(methodName, argClasses);
method.setAccessible(true);
return method.invoke(targetObject, argObjects);

// 访问私有字段
Field field = TargetClass.getDeclaredField(fieldName);
field.setAccessible(true);
field.set(object, value);

2. 通过公共方法间接测试

私有方法通常由公共方法调用，因此可以通过测试公共方法来间接测试私有方法。当公共方法失败时，可能是私有方法出现了问题。

3. 更改访问修饰符

将私有方法改为包私有或受保护的，并使用Google Guava库的@VisibleForTesting注解。测试类可以放在src/test/java下的相同包中。

4. 使用工具类

• Spring Framework：可以使用ReflectionTestUtils.invokeMethod()来调用私有方法。

ReflectionTestUtils.invokeMethod(TestClazz, "createTest", "input data");

• junitx.util.PrivateAccessor：提供了一些方便的方法来访问私有方法和字段。

import junitx.util.PrivateAccessor;

PrivateAccessor.setField(myObjectReference, "myCrucialButHardToReachPrivateField", myNewValue);
PrivateAccessor.invoke(myObjectReference, "privateMethodName", java.lang.Class[] parameterTypes, java.lang.Object[] args);

• PowerMockito：使用Maven依赖引入，然后可以使用Whitebox.invokeMethod()来调用私有方法。

<dependency>
    <groupId>org.powermock</groupId>
    <artifactId>powermock-core</artifactId>
    <version>2.0.7</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>

import org.powermock.reflect.Whitebox;
...
MyClass sut = new MyClass();
SomeType rval = Whitebox.invokeMethod(sut, "myPrivateMethod", params, moreParams);

5. 使用嵌套测试类

在类中创建一个静态内部测试类，该类可以访问外部类的私有方法。

public class ClassToTest
{
    private int decrement(int toDecrement) {
        toDecrement--;
        return toDecrement;
    }

    public static class StaticInnerTest extends TestCase
    {
        public StaticInnerTest(){
            super();
        }

        public void testDecrement(){
            int number = 10;
            ClassToTest toTest= new ClassToTest();
            int decremented = toTest.decrement(number);
            assertEquals(9, decremented);
        }

        public static void main(String[] args) {
            junit.textui.TestRunner.run(StaticInnerTest.class);
        }
    }
}

最佳实践

• 尽量通过公共方法间接测试私有方法，以保持类的封装性。
• 使用代码覆盖工具（如Cobertura）来确保单元测试对私有方法有足够的覆盖。
• 当私有方法过于复杂时，考虑将其提取到一个新的类中，以便更方便地进行测试。

常见问题

• 破坏封装性：直接测试私有方法会破坏类的封装性，因为每次内部实现的改变都可能导致测试失败。因此，应尽量避免直接测试私有方法。
• 安全问题：使用反射机制可能会绕过访问控制，从而带来安全隐患。在使用反射时，需要确保安全性。
• 维护困难：如果测试代码与源代码紧密耦合，会增加维护的难度。因此，应尽量使测试代码独立于源代码。