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Neo4j测试驱动开发的持续改进

2023-02-237.5k 阅读

理解 Neo4j 测试驱动开发

测试驱动开发基础概念

在软件开发的领域中，测试驱动开发（Test - Driven Development，TDD）是一种软件开发流程，它强调在编写功能代码之前先编写测试代码。TDD 的核心流程遵循 “红 - 绿 - 重构” 的循环：

  1. 红：编写一个测试，这个测试预期功能代码能通过，但此时功能代码尚未编写，所以测试必然失败，这一步让测试处于 “红色” 状态，即失败状态。
  2. 绿：编写足够的功能代码使之前失败的测试通过，将测试状态转变为 “绿色”，即成功状态。
  3. 重构：对功能代码和测试代码进行优化，改进代码结构、提高代码可读性、去除重复代码等，同时确保测试仍然通过。

在 Neo4j 相关开发中应用 TDD，有助于确保图数据库相关功能的正确性和可靠性，同时提高代码的可维护性。

Neo4j 测试驱动开发的特点

  1. 图结构测试：Neo4j 处理的是图数据结构，与传统关系型数据库的表结构不同。在测试时，需要关注节点、关系及其属性的创建、更新和删除操作。例如，要测试创建一个人物节点，并为其添加姓名、年龄属性，同时创建与其他节点的关系，如 “朋友” 关系。
  2. Cypher 查询测试：Cypher 是 Neo4j 的查询语言。测试不仅要验证功能代码的逻辑，还要确保编写的 Cypher 查询的正确性和效率。例如，对于查找所有年龄大于 30 岁的人物节点的查询，要测试查询结果是否符合预期。

搭建 Neo4j 测试环境

依赖引入

在 Java 项目中使用 Neo4j 进行开发和测试，首先需要在项目的构建文件（如 Maven 的 pom.xml 文件）中引入必要的依赖。

<dependency>
    <groupId>org.neo4j.driver</groupId>
    <artifactId>neo4j-java-driver</artifactId>
    <version>4.4.0</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
    <artifactId>junit-jupiter-api</artifactId>
    <version>5.8.2</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
    <artifactId>junit-jupiter-engine</artifactId>
    <version>5.8.2</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>

上述依赖中，neo4j - java - driver 用于与 Neo4j 数据库进行交互，junit - jupiter - api 和 junit - jupiter - engine 用于编写和执行测试。

测试数据库实例创建

为了进行测试，需要创建一个 Neo4j 数据库实例。可以使用嵌入式 Neo4j 数据库，这样在测试过程中无需启动外部的 Neo4j 服务。

import org.neo4j.graphdb.GraphDatabaseService;
import org.neo4j.graphdb.factory.GraphDatabaseFactory;

public class Neo4jTestUtil {
    private static final String DB_PATH = "target/test - db";
    private static GraphDatabaseService graphDatabaseService;

    public static GraphDatabaseService getGraphDatabaseService() {
        if (graphDatabaseService == null) {
            GraphDatabaseFactory factory = new GraphDatabaseFactory();
            graphDatabaseService = factory.newEmbeddedDatabaseBuilder(DB_PATH).newGraphDatabase();
        }
        return graphDatabaseService;
    }

    public static void shutdownDatabase() {
        if (graphDatabaseService != null) {
            graphDatabaseService.shutdown();
        }
    }
}

在上述代码中，Neo4jTestUtil 类提供了获取 Neo4j 数据库实例和关闭数据库的方法。getGraphDatabaseService 方法在第一次调用时创建嵌入式 Neo4j 数据库实例，后续调用直接返回已创建的实例。shutdownDatabase 方法用于在测试结束后关闭数据库。

编写 Neo4j 测试用例

节点创建测试

假设我们有一个服务类 PersonService，其中有一个方法 createPerson 用于在 Neo4j 中创建人物节点。

import org.neo4j.driver.*;
import org.neo4j.driver.Record;

public class PersonService {
    private final Driver driver;

    public PersonService(Driver driver) {
        this.driver = driver;
    }

    public void createPerson(String name, int age) {
        try (Session session = driver.session()) {
            session.writeTransaction(tx -> {
                String cypher = "CREATE (p:Person {name: $name, age: $age})";
                tx.run(cypher, Values.parameters("name", name, "age", age));
                return null;
            });
        }
    }
}

对应的测试用例如下：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.neo4j.driver.*;
import org.neo4j.driver.Record;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;

public class PersonServiceTest {
    @Test
    public void testCreatePerson() {
        Driver driver = GraphDatabase.driver("bolt://localhost:7687", AuthTokens.basic("neo4j", "password"));
        PersonService personService = new PersonService(driver);
        personService.createPerson("Alice", 25);

        try (Session session = driver.session()) {
            StatementResult result = session.run("MATCH (p:Person {name: 'Alice', age: 25}) RETURN p");
            assertEquals(true, result.hasNext());
        }

        driver.close();
    }
}

在这个测试用例中，首先创建 PersonService 实例并调用 createPerson 方法创建一个人物节点。然后通过执行 Cypher 查询来验证该节点是否成功创建。

关系创建测试

假设 PersonService 类还有一个方法 createFriendship 用于创建两个人物节点之间的 “朋友” 关系。

public class PersonService {
    // 省略已有代码

    public void createFriendship(String person1Name, String person2Name) {
        try (Session session = driver.session()) {
            session.writeTransaction(tx -> {
                String cypher = "MATCH (p1:Person {name: $person1Name}), (p2:Person {name: $person2Name}) " +
                        "CREATE (p1)-[:FRIEND]->(p2)";
                tx.run(cypher, Values.parameters("person1Name", person1Name, "person2Name", person2Name));
                return null;
            });
        }
    }
}

测试用例如下：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.neo4j.driver.*;
import org.neo4j.driver.Record;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;

public class PersonServiceTest {
    // 省略已有测试方法

    @Test
    public void testCreateFriendship() {
        Driver driver = GraphDatabase.driver("bolt://localhost:7687", AuthTokens.basic("neo4j", "password"));
        PersonService personService = new PersonService(driver);
        personService.createPerson("Bob", 30);
        personService.createPerson("Charlie", 32);
        personService.createFriendship("Bob", "Charlie");

        try (Session session = driver.session()) {
            StatementResult result = session.run("MATCH (p1:Person {name: 'Bob'})-[:FRIEND]->(p2:Person {name: 'Charlie'}) RETURN p1, p2");
            assertEquals(true, result.hasNext());
        }

        driver.close();
    }
}

在这个测试用例中，先创建两个人物节点，然后调用 createFriendship 方法创建关系，最后通过 Cypher 查询验证关系是否成功创建。

Neo4j 测试驱动开发的持续改进

测试覆盖率提升

  1. 分支覆盖：确保测试用例覆盖到功能代码中的所有分支情况。例如，在 PersonService 的 createPerson 方法中，如果添加了对年龄的验证逻辑，如年龄不能为负数：
public class PersonService {
    // 省略已有代码

    public void createPerson(String name, int age) {
        if (age < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Age cannot be negative");
        }
        try (Session session = driver.session()) {
            session.writeTransaction(tx -> {
                String cypher = "CREATE (p:Person {name: $name, age: $age})";
                tx.run(cypher, Values.parameters("name", name, "age", age));
                return null;
            });
        }
    }
}

对应的测试用例需要增加对负数年龄情况的测试：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.neo4j.driver.*;
import org.neo4j.driver.Record;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertThrows;

public class PersonServiceTest {
    // 省略已有测试方法

    @Test
    public void testCreatePersonWithNegativeAge() {
        Driver driver = GraphDatabase.driver("bolt://localhost:7687", AuthTokens.basic("neo4j", "password"));
        PersonService personService = new PersonService(driver);
        assertThrows(IllegalArgumentException.class, () -> personService.createPerson("David", -5));
        driver.close();
    }
}
  1. 条件覆盖：使测试用例覆盖到条件语句中的所有可能结果。例如，如果 createFriendship 方法添加了检查两个人物节点是否存在的逻辑：
public class PersonService {
    // 省略已有代码

    public void createFriendship(String person1Name, String person2Name) {
        try (Session session = driver.session()) {
            boolean person1Exists = session.readTransaction(tx -> {
                String cypher = "MATCH (p:Person {name: $person1Name}) RETURN p IS NOT NULL";
                return tx.run(cypher, Values.parameters("person1Name", person1Name)).single().get(0).asBoolean();
            });
            boolean person2Exists = session.readTransaction(tx -> {
                String cypher = "MATCH (p:Person {name: $person2Name}) RETURN p IS NOT NULL";
                return tx.run(cypher, Values.parameters("person2Name", person2Name)).single().get(0).asBoolean();
            });
            if (!person1Exists ||!person2Exists) {
                throw new IllegalArgumentException("One or both persons do not exist");
            }
            session.writeTransaction(tx -> {
                String cypher = "MATCH (p1:Person {name: $person1Name}), (p2:Person {name: $person2Name}) " +
                        "CREATE (p1)-[:FRIEND]->(p2)";
                tx.run(cypher, Values.parameters("person1Name", person1Name, "person2Name", person2Name));
                return null;
            });
        }
    }
}

测试用例需要覆盖两个人物节点都存在、只有一个存在、都不存在等多种情况：

import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.neo4j.driver.*;
import org.neo4j.driver.Record;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;

public class PersonServiceTest {
    // 省略已有测试方法

    @Test
    public void testCreateFriendshipWithNonExistentPerson1() {
        Driver driver = GraphDatabase.driver("bolt://localhost:7687", AuthTokens.basic("neo4j", "password"));
        PersonService personService = new PersonService(driver);
        personService.createPerson("Eve", 28);
        assertThrows(IllegalArgumentException.class, () -> personService.createFriendship("Frank", "Eve"));
        driver.close();
    }

    @Test
    public void testCreateFriendshipWithNonExistentPerson2() {
        Driver driver = GraphDatabase.driver("bolt://localhost:7687", AuthTokens.basic("neo4j", "password"));
        PersonService personService = new PersonService(driver);
        personService.createPerson("Grace", 35);
        assertThrows(IllegalArgumentException.class, () -> personService.createFriendship("Grace", "Hank"));
        driver.close();
    }

    @Test
    public void testCreateFriendshipWithNonExistentPersons() {
        Driver driver = GraphDatabase.driver("bolt://localhost:7687", AuthTokens.basic("neo4j", "password"));
        PersonService personService = new PersonService(driver);
        assertThrows(IllegalArgumentException.class, () -> personService.createFriendship("Ivy", "Jack"));
        driver.close();
    }
}

测试性能优化

  1. 减少测试数据库操作次数：在测试用例中，如果多个测试方法都需要创建相同的基础数据，如一些固定的节点和关系，可以将这些数据创建操作提取到测试类的初始化方法中。例如，对于 PersonServiceTest 类，可以使用 @BeforeEach 注解：
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.neo4j.driver.*;
import org.neo4j.driver.Record;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;

public class PersonServiceTest {
    private Driver driver;
    private PersonService personService;

    @BeforeEach
    public void setUp() {
        driver = GraphDatabase.driver("bolt://localhost:7687", AuthTokens.basic("neo4j", "password"));
        personService = new PersonService(driver);
        personService.createPerson("Alice", 25);
        personService.createPerson("Bob", 30);
    }

    @Test
    public void testCreateFriendship() {
        personService.createFriendship("Alice", "Bob");
        try (Session session = driver.session()) {
            StatementResult result = session.run("MATCH (p1:Person {name: 'Alice'})-[:FRIEND]->(p2:Person {name: 'Bob'}) RETURN p1, p2");
            assertEquals(true, result.hasNext());
        }
    }

    @Test
    public void testAnotherFriendshipRelatedTest() {
        // 可以直接使用 setUp 方法中创建的节点进行测试
    }

    @Test
    public void tearDown() {
        driver.close();
    }
}
  1. 优化 Cypher 查询：在测试中执行的 Cypher 查询应尽量优化。例如，避免全图扫描，使用索引来加速查询。假设我们在 Person 节点的 name 属性上创建索引：
import org.neo4j.driver.*;

public class IndexUtil {
    public static void createPersonNameIndex(Driver driver) {
        try (Session session = driver.session()) {
            session.writeTransaction(tx -> {
                tx.run("CREATE INDEX ON :Person(name)");
                return null;
            });
        }
    }
}

在测试类的初始化方法中调用 createPersonNameIndex 方法创建索引后，查询人物节点的测试用例中的查询性能会得到提升。例如：

import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.neo4j.driver.*;
import org.neo4j.driver.Record;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;

public class PersonServiceTest {
    private Driver driver;
    private PersonService personService;

    @BeforeEach
    public void setUp() {
        driver = GraphDatabase.driver("bolt://localhost:7687", AuthTokens.basic("neo4j", "password"));
        IndexUtil.createPersonNameIndex(driver);
        personService = new PersonService(driver);
        personService.createPerson("Alice", 25);
    }

    @Test
    public void testFindPersonByName() {
        try (Session session = driver.session()) {
            StatementResult result = session.run("MATCH (p:Person {name: 'Alice'}) RETURN p");
            assertEquals(true, result.hasNext());
        }
    }
}

集成测试与单元测试的平衡

  1. 单元测试：单元测试应专注于测试单个组件或方法的功能，尽量减少外部依赖。在 Neo4j 开发中，对于 PersonService 类的方法测试，通过模拟 Driver 和 Session 对象，可以在不依赖真实 Neo4j 数据库的情况下进行测试。例如，使用 Mockito 框架：
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.mockito.Mockito;
import org.neo4j.driver.*;
import org.neo4j.driver.Record;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;
import static org.mockito.ArgumentMatchers.any;
import static org.mockito.Mockito.verify;
import static org.mockito.Mockito.when;

public class PersonServiceUnitTest {
    @Test
    public void testCreatePersonUnit() {
        Driver mockDriver = Mockito.mock(Driver.class);
        Session mockSession = Mockito.mock(Session.class);
        Transaction mockTransaction = Mockito.mock(Transaction.class);
        when(mockDriver.session()).thenReturn(mockSession);
        when(mockSession.writeTransaction(any())).thenReturn(null);
        when(mockSession.beginTransaction()).thenReturn(mockTransaction);

        PersonService personService = new PersonService(mockDriver);
        personService.createPerson("Alice", 25);

        verify(mockSession).writeTransaction(any());
    }
}
  1. 集成测试：集成测试用于验证组件之间的交互以及与外部系统（如 Neo4j 数据库）的集成。前面编写的 PersonServiceTest 类中的测试用例大多属于集成测试，因为它们依赖真实的 Neo4j 数据库。在实际开发中，应确保单元测试和集成测试都有合适的覆盖范围。单元测试可以快速反馈单个组件的问题，而集成测试可以验证整个系统在实际运行环境中的正确性。

持续集成与 Neo4j 测试

配置持续集成工具

以 Jenkins 为例，要将 Neo4j 测试集成到持续集成流程中。首先，需要在 Jenkins 服务器上安装必要的插件，如 Maven 插件用于构建 Java 项目。

  1. 创建 Jenkins 任务：新建一个自由风格的软件项目任务。
  2. 配置源代码管理：如果项目托管在 Git 仓库，配置 Git 仓库地址、凭证等信息，以便 Jenkins 可以拉取最新的代码。
  3. 构建环境：选择合适的 JDK 版本，并确保 Maven 已正确配置。
  4. 构建步骤：在构建步骤中选择 “Execute shell”（如果是 Linux 系统）或 “Execute Windows batch command”（如果是 Windows 系统）。对于基于 Maven 的项目，输入 mvn clean test 命令，该命令会清理项目、下载依赖并执行测试用例。

测试结果报告与反馈

  1. 测试报告生成：Maven 可以通过 Surefire 和 Failsafe 插件生成测试报告。在 pom.xml 文件中配置如下：
<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
            <artifactId>maven - surefire - plugin</artifactId>
            <version>3.0.0 - M5</version>
            <configuration>
                <reportsDirectory>${project.build.directory}/surefire - reports</reportsDirectory>
            </configuration>
        </plugin>
        <plugin>
            <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
            <artifactId>maven - failsafe - plugin</artifactId>
            <version>3.0.0 - M5</version>
            <executions>
                <execution>
                    <goals>
                        <goal>integration - test</goal>
                        <goal>verify</goal>
                    </goals>
                </execution>
            </executions>
            <configuration>
                <reportsDirectory>${project.build.directory}/failsafe - reports</reportsDirectory>
            </configuration>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

执行 mvn clean test 命令后，会在 target/surefire - reports 和 target/failsafe - reports 目录下生成 HTML 和 XML 格式的测试报告。 2. 反馈机制：Jenkins 可以配置邮件通知，当测试失败时向相关开发人员发送邮件。在 Jenkins 系统管理 -> 系统设置中配置邮件服务器信息，然后在任务配置的 “Post - build Actions” 中选择 “Editable Email Notification”。配置收件人列表、邮件主题和内容模板，例如主题可以设置为 “[项目名称] 测试失败通知”，内容模板可以包含失败的测试用例名称、堆栈跟踪等信息，以便开发人员快速定位问题。

通过持续集成与 Neo4j 测试的紧密结合，可以及时发现代码中的问题，保证项目的质量，同时也有助于持续改进 Neo4j 相关的开发流程。