• Responsabil: Mihaela Pinzaru, Cristi Vasile
• Data publicării: 11.12.2016
• Data ultimei modificări: 11.12.2016

• familiarizarea cu noţiunea de Unit Testing şi folosirea framework-ului JUnit pentru realizarea testării
• înţelegerea conceptului de excepţie şi utilizarea corectă a mecanismelor de generare şi tratare a excepţiilor puse la dispoziţie de limbajul / maşina virtuală Java

Unit testing-ul s-a impus în ultima perioadă în dezvoltarea proiectelor scrise în limbajul Java şi nu numai, pe măsura apariţiei unor utilitare gratuite de testare a claselor, care au contribuit la creşterea vitezei de programare şi la micşorarea semnificativă a numărului de bug-uri.

Printre avantajele folosirii framework-ului JUnit se numără:

• îmbunătăţirea vitezei de scriere a codului şi creşterea calităţii acestuia
• clasele de test sunt uşor de scris şi modificat pe măsură ce codul sursă se măreşte, putând fi compilate împreună cu codul sursă al proiectului
• clasele de test JUnit pot fi rulate automat (în suită), rezultatele fiind vizibile imediat
• clasele de test măresc încrederea programatorului în codul sursă scris şi îi permit să urmărească mai uşor cerinţele de implementare ale proiectului
• testele pot fi scrise înaintea implementării, fapt ce garantează înţelegerea funcţionalităţii de către dezvoltator

Reprezintă un framework de Unit Testing pentru Java.

Exemplu:

Student.java

public class Student {
 
    private String name;
    private String age;
 
    public Student(String name, String age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public String getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(String age) {
        this.age = age;
    }
 
}

Grupa.java

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Grupa {
 
    List<Student> students;
 
    Grupa () {
        students = new ArrayList<Student>();
    }
 
    public List<Student> getStudents() {
        return students;
    }
 
    public void setStudents(List<Student> students) {
        this.students = students;
    }
 
    public void addStudent(Student student) {
        students.add(student);
    }
 
    public Student getStudent(String name) {
        for (Student st : students) {
            if (null != st.getName() && st.getName().equals(name)) {
                return st;
            }
        }
        return null;
    }
 
    public boolean areStudentsInGroup() {
        if (0 == students.size()) {
            return false;
        }
        return true;
    }
 
}

Test.java

import org.junit.Assert;
import org.junit.Before;
 
public class Test {
    private Grupa grupa;
 
    @Before
    public void setup() {
        grupa = new Grupa();
    }
 
    @org.junit.Test
    public void testNoStudentInGroup() {
        Assert.assertEquals(false, grupa.areStudentsInGroup());
    }
 
    @org.junit.Test
    public void testAddStudent() {
        Student st = new Student("Elena", "11");
        grupa.addStudent(st);
 
        Assert.assertTrue(grupa.getStudent("Elena").equals(st));
    }
    @After void tearDown() {
        grupa = null;
    }
 
}

Observaţii:

• fiecare metodă de test are adnotarea: @Test
• metodele de setUp (având adnotarea: @Before) şi tearDown (având adnotarea: @After) se apelează înainte, respectiv după fiecare test. Se întrebuinţează pentru iniţializarea/eliberarea resurselor ce constituie mediul de testare, evitându-se totodată duplicarea codului şi respectându-se principiul de independenţă a testelor. In exemplul dat ordinea este:
  • @Before setUp
  • @Test testNoStudentInGroup
  • @After tearDown
  • @Before setUp
  • @Test testAddStudent
  • @After tearDown
• pentru compararea rezultatului aşteptat cu rezultatul curent se folosesc apeluri assert:
  • assertTrue
  • assertFalse
  • assertEquals
  • assertNull / assertNotNull
• Rulare teste: Click dreapta clasă test → Run as → Junit test
• Rulare test: Selectare test → click dreapta → Run as → Junit test

Câteodată avem nevoie să testăm funcționalitatea unor clase ce folosesc metode din alte clase netestate sau care nu pot fi testate. De asemenea, există cazuri în care vrem sa testăm comportamentul clasei în situații extreme sau foarte greu de replicat (erori de disc, epuizarea spațiului pe disc, obținerea unei anumite valorii în cazul in care folosim generatoare random).

Pentru a rezolva ușor aceste necesități putem folosi obiecte de tip mock. Aceste obiecte simulează comporatamentul clasei mock-uite și sunt controlate din interiorul unit testelor. Pentru mai multe detalii puteți consulta pagina Mock Object.

În esenţă, o excepţie este un eveniment care se produce în timpul execuţiei unui program şi care perturbă fluxul normal al instrucţiunilor acestuia.

De exemplu, în cadrul unui program care copiază un fişier, astfel de evenimente excepţionale pot fi:

• absenţa fişierului pe care vrem să-l copiem
• imposibilitatea de a-l citi din cauza permisiunilor insuficiente sau din cauza unei zone invalide de pe hard-disk
• probleme cauzate de accesul concurent la fişier

O abordare foarte des intâlnită, ce precedă apariţia conceptului de excepţie, este întoarcerea unor valori speciale din funcţii care să desemneze situaţia apărută. De exemplu, în C, funcţia fopen întoarce NULL dacă deschiderea fişierului a eşuat. Această abordare are două dezavantaje principale:

• câteodată, toate valorile tipului de retur ale funcţiei pot constitui rezultate valide. De exemplu, dacă definim o funcţie care întoarce succesorul unui numar întreg, nu putem întoarce o valoare specială în cazul în care se depăşeşte valoarea maximă reprezentabilă (Integer.MAX_VALUE). O valoare specială, să zicem -1, ar putea fi interpretată ca numărul întreg -1.
• nu se poate separa secvenţa de instrucţiuni corespunzătoare execuţiei normale a programului de secvenţele care trateaza erorile. Firesc ar fi ca fiecare apel de funcţie să fie urmat de verificarea rezultatului întors, pentru tratarea corespunzătoare a posibilelor erori. Această modalitate poate conduce la un cod foarte imbricat şi greu de citit, de forma:

int openResult = open();
 
if (openResult == FILE_NOT_FOUND) {
    // handle error
} else if (openResult == INUFFICIENT_PERMISSIONS) {
    // handle error
} else {// SUCCESS
    int readResult = read();
    if (readResult == DISK_ERROR) {
        // handle error
    } else {
        // SUCCESS
        ...
    }
}

Mecanismul bazat pe excepţii înlătură ambele neajunsuri menţionate mai sus. Codul ar arăta aşa:

try {
    open();
    read();
    ...
} catch (FILE_NOT_FOUND) {
    // handle error
} catch (INUFFICIENT_PERMISSIONS) {
    // handle error
} catch (DISK_ERROR) {
    // handle error
}

Se observă includerea instrucţiunilor ce aparţin fluxului normal de execuţie într-un bloc try şi precizarea condiţiilor excepţionale posibile la sfârşit, în câte un bloc catch. Logica este următoarea: se execută instrucţiune cu instrucţiune secvenţa din blocul try şi, la apariţia unei situaţii excepţionale semnalate de o instrucţiune, se abandonează restul instrucţiunilor rămase neexecutate şi se sare direct la blocul catch corespunzător.

Când o eroare se produce într-o funcţie, aceasta creează un obiect excepţie şi îl pasează către runtime system. Un astfel de obiect conţine informaţii despre situaţia apărută:

• tipul de excepţie
• stiva de apeluri (stack trace): punctul din program unde a intervenit excepţia, reprezentat sub forma lanţului de metode (obţinut prin invocarea succesivă a metodelor din alte metode) în care programul se află în acel moment

Pasarea menţionată mai sus poartă numele de aruncarea (throwing) unei excepţii.

Exemplu de aruncare a unei excepţii:

List<String> l = getArrayListObject();
if (null == l)
    throw new Exception("The list is empty");

În acest exemplu, încercăm să obţinem un obiect de tip ArrayList; dacă funcţia getArrayListObject întoarce null, aruncăm o excepţie.

Pe exemplul de mai sus putem face următoarele observaţii:

• un obiect-excepţie este un obiect ca oricare altul, şi se instanţiază la fel (folosind new)
• aruncarea excepţiei se face folosind cuvântul cheie throw
• există clasa Exception care desemnează comportamentul specific pentru excepţii.

În realitate, clasa Exception este părintele majorităţii claselor excepţie din Java. Enumerăm câteva excepţii standard:

• IndexOutOfBoundsException: este aruncată când un index asociat unei liste sau unui vector depăşeşte dimensiunea colecţiei respective.
• NullPointerException: este aruncată când se accesează un obiect neinstanţiat (null).
• NoSuchElementException: este aruncată când se apelează next pe un Iterator care nu mai conţine un element următor.

În momentul în care se instanţiază un obiect-excepţie, în acesta se reţine întregul lanţ de apeluri de funcţii prin care s-a ajuns la instrucţiunea curentă. Această succesiune se numeşte stack trace şi se poate afişa prin apelul e.printStackTrace(), unde e este obiectul excepţie.

Când o excepţie a fost aruncată, runtime system încearcă să o trateze (prindă). Tratarea unei excepţii este făcută de o porţiune de cod specială.

• Cum definim o astfel de porţiune de cod specială?
• Cum specificăm faptul că o porţiune de cod specială tratează o anumită excepţie?

Să observăm următorul exemplu:

public void f() throws Exception {
    List<String> l = null;
 
    if (null == l)
        throw new Exception();
}
 
public void catchFunction() {
    try {
        f();
    } catch (Exception e) {
        System.out.println("Exception found!");
    }
}

Se observă că dacă o funcţie aruncă o excepţie şi nu o prinde trebuie, în general, să adauge clauza throws în antet.

Funcţia f va arunca întotdeauna o excepţie (din cauza că l este mereu null). Observaţi cu atenţie funcţia catchFunction:

• în interiorul său a fost definit un bloc try, în interiorul căruia se apelează f. De obicei, pentru a prinde o excepţie, trebuie să specificăm o zonă în care aşteptăm ca excepţia să se producă (guarded region). Această zonă este introdusă prin try.
• în continuare, avem blocul catch (Exception e). La producerea excepţiei, blocul catch corespunzător va fi executat. În cazul nostru se va afişa mesajul “S-a generat o excepţie”.

Observaţi un alt exemplu:

public void f() throws MyException, WeirdException {
    List<String> l = null;
 
    if (null == l)
        throw new MyException();
 
    throw new WeirdException("This exception never gets thrown");
}
 
public void catchFunction() {
    try {
        f();
    } catch (MyException e) {
        System.out.println("Null Pointer Exception found!");
    } catch (WeirdException e) {
        System.out.println("WeirdException found!");
    }
}

În acest exemplu funcţia f a fost modificată astfel încât să arunce MyException. Observaţi faptul că în catchFunction avem două blocuri catch. Cum excepţia aruncată de f este de tip MyException, numai primul bloc catch se va executa.

Prin urmare:

• putem specifica porţiuni de cod pentru tratarea excepţiilor folosind blocurile try şi catch
• putem defini mai multe blocuri catch pentru a implementa o tratare preferenţială a excepţiilor, în funcţie de tipul acestora

În general, vom dispune în acelaşi bloc try-catch instrucţiunile care pot fi privite ca înfăptuind un acelaşi scop. Astfel, dacă o operaţie din secvenţa esuează, se renunţă la instrucţiunile rămase şi se sare la un bloc catch.

Putem specifica operaţii opţionale, al căror eşec să nu influenţeze întreaga secvenţă. Pentru aceasta folosim blocuri try-catch imbricate:

try {
    op1();
 
    try {
        op2();
        op3();
    } catch (Exception e) { ... }
 
    op4();
    op5();
} catch (Exception e) { ... }

Dacă apelul op2 eşuează, se renunţă la apelul op3, se execută blocul catch interior, după care se continuă cu apelul op4.

Presupunem că în secvenţa de mai sus, care deschide şi citeşte un fişier, avem nevoie să închidem fişierul deschis, atât în cazul normal, cât şi în eventualitatea apariţiei unei erori. În aceste condiţii se poate ataşa un bloc finally după ultimul bloc catch, care se va executa în ambele cazuri menţionate.

Secvenţa de cod următoare conţine o structură try-catch-finally:

try {
    open();
    read();
    ...
} catch (FILE_NOT_FOUND) {
    // handle error
} catch (INUFFICIENT_PERMISSIONS) {
    // handle error
} catch (DISK_ERROR) {
    // handle error
} finally {
    // close file
}

Blocul finally se dovedeşte foarte util când în blocurile try-catch se găsesc instrucţiuni return. El se va executa şi în acest caz, exact înainte de execuţia instrucţiunii return, aceasta fiind executată ulterior.

Nu toate excepţiile trebuie prinse cu try-catch. Pentru a înțelege de ce, să analizăm clasificarea excepţiilor:

Checked exceptions, ce corespund clasei Exception:

• Acestea sunt excepţii pe care o aplicaţie bine scrisă ar trebui să le prindă, şi să permită continuarea rulării programului.
• Să luăm ca exemplu un program care cere utilizatorului un nume de fişier (pentru a-l deschide). În mod normal, utilizatorul va introduce un nume de fişier care există şi care poate fi deschis. Există insă posibilitatea ca utilizatorul să greşească, caz în care se va arunca o excepţie FileNotFoundException.
• Un program bine scris va prinde această excepţie, va afişa utilizatorului un mesaj de eroare, şi îi va permite acestuia (eventual) să reintroducă un nou nume de fişier.

Errors, ce corespund clasei Error:

• Acestea definesc situaţii excepţionale declanşate de factori externi aplicaţiei, pe care aceasta nu le poate anticipa şi nu-şi poate reveni, dacă se produc.
• Spre exemplu, tentativa de a citi un fişier care nu poate fi deschis din cauza unei defecţiuni hardware (sau eroare OS), va arunca IOError.
• Aplicaţia poate încerca să prindă această excepţie, pentru a anunţa utilizatorul despre problema apărută; după această însă, programul va eşua (afişând eventual stack trace).

Runtime Exceptions, ce corespund clasei RuntimeException:

• Ca şi erorile, acestea sunt condiţii excepţionale, însă spre deosebire de erori, ele sunt declanşate de factori interni aplicaţiei. Aplicaţia nu poate anticipa, şi nu îşi poate reveni dacă acestea sunt aruncate.
• Runtime exceptions sunt produse de diverse bug-uri de programare (erori de logică în aplicaţie, folosire necorespunzătoare a unui API, etc).
• Spre exemplu, a realiza apeluri de metode sau membri pe un obiect null va produce NullPointerException. Fireşte, putem prinde excepţia. Mai natural însă ar fi să eliminăm din program un astfel de bug care ar produce excepţia.

Putem arunca RuntimeException fără să o menţionăm în clauza throws din antet:

public void f(Object o) {
    if (o == null)
        throw new NullPointerException("o is null");
}

Când aveţi o situaţie în care alegerea unei excepţii (de aruncat) nu este evidentă, puteţi opta pentru a scrie propria voastră excepţie, care să extindă Exception, RuntimeException sau Error.

Exemplu:

class TemperatureException extends Exception {}
 
class TooColdException extends TemperatureException {}
 
class TooHotException extends TemperatureException {}

În aceste condiţii, trebuie acordată atenţie ordinii în care se vor defini blocurile catch. Acestea trebuie precizate de la clasa excepţie cea mai particulară, până la cea mai generală (în sensul moştenirii). De exemplu, pentru a întrebuinţa excepţiile de mai sus, blocul try-catch ar trebui să arate ca mai jos:

try {
    ...
} catch (TooColdException e) {
    ...
} catch (TemperatureException e) {
    ...
} catch (Exception e) {
    ...
}

Afirmaţia de mai sus este motivată de faptul că întotdeauna se alege primul bloc catch care se potriveşte cu tipul excepţiei apărute. Un bloc catch referitor la o clasă excepţie părinte, ca TemperatureException prinde şi excepţii de tipul claselor copil, ca TooColdException. Poziţionarea unui bloc mai general înaintea unuia mai particular ar conduce la ignorarea blocului particular.

try { 
  ...
} catch(IOException | FileNotFoundException ex) { 
  ...
}

Metodele suprascrise (overriden) pot arunca numai excepţiile specificate de metoda din clasa de bază sau excepţii derivate din acestea.

1. (2p) Creaţi clasa Animal şi clasa Zoo. Clasa Zoo conţine un vector de animale. Implementaţi metodele: addAnimal(Animal a), removeAnimal(Animal a), boolean areAnimals(), getAnimals(), size(). Creaţi o clasa Test unde veţi verifica diverse scenarii:
   • La rularea fiecărei metode veti instanţia clasa Zoo.
   • Metoda testAddAnimal - adaugă un obiect Animal şi verifică daca adăugarea a avut loc cu succes. Folosiţi: assertEquals
   • Metoda testRemoveAnimal - folosiţi assertTrue
   • Metoda testAreAnimalsInZoo - testul pică dacă metoda returnează false. Hint: Assert.fail()
   • Metoda testGetAnimals - adăugaţi două obiecte Animal. Verificaţi ca adăugarea a avut loc cu succes. Folosiţi assertFalse.
2. (2p) Acest exerciţiu urmăreşte identificarea unor cazuri de test, strict pe baza specificaţiei, în absenţa accesului la codul sursă şi a cunoaşterii modului intern de funcţionare a sistemului. Se consideră o clasa GeometricForms avand un constructor ce primeste un String ce poate fi unul din valorile enum-ului Forms.
   • Adăugaţi în build path-ul proiectului clasele din scheletul de laborator.
   • Metodele isTriangle, isCircle si isRectangle au drept scop evaluarea stării obiectului GeometricForms.
   • Creaţi un scenariu de testare pentru această clasă, prin implementarea propriilor cazuri de testare, într-o clasă GeometricFormsTest.
   • Construiţi teste specializate, orientate pe o anumită funcţionalitate. De exemplu, în cadrul unui test, verificaţi doar una din cele 3 metode.

   • public enum Forms {
        TRIANGLE, CIRCLE, RECTANGLE
     }

3. (2p) Scrieţi o metodă (scurtă) care să genereze OutOfMemoryError şi o alta care să genereze StackOverflowError. Verificaţi posibilitatea de a continua rularea după interceptarea acestei erori. Comparaţi răspunsul cu posibilitatea de a realiza acelaşi lucru într-un limbaj compilat, ce rulează direct pe platforma gazdă (ca C).
4. (4p) Definiţi o clasă care să implementeze operaţii pe numere întregi. Operaţiile vor arunca excepţii. Scrieţi clasa Calculator, ce conţine trei metode:
   • add: primeşte doi întregi şi întoarce un întreg
   • divide: primeşte doi întregi şi întoarce un întreg
   • average: primeşte o colecţie ce conţine obiecte Integer, şi întoarce media acestora ca un numar de tip întreg. Pentru calculul mediei, sunt folosite operaţiile add şi divide.
   • Definiţi următoarele excepţii şi îmbogăţiţi corespunzător definiţia metodei add:
   • OverflowException: este aruncată dacă suma celor doua numere depăşeşte Integer.MAX_VALUE
   • UnderflowException: este aruncată dacă suma celor doua numere este mai mică decat Integer.MIN_VALUE
   • Care este alegerea firească: excepţii checked sau unchecked? De ce? Consideraţi că, pentru un utilizator care doreşte efectuarea de operaţii aritmetice, singurul mecanism disponibil este cel oferit de clasa Calculator.
   • Evidenţiaţi prin teste toate cazurile posibile care generează excepţii.
5. (2p) Demonstraţi într-un program execuţia blocului finally chiar şi în cazul unui return din metoda.

• PDF laborator
• Junit Download
• Hamcrest Core
• Schelet
• Soluții

• Mock Object
• JMock for beginners
• JMock Cookbook
• Exception
• Error
• RuntimeException
• NullPointerException
• IndexOutOfBoundsException
• NoSuchElementException
• OutOfMemoryError
• StackOverflowError