你們單測覆蓋率是如何統計的？原理是什么？
高手回答
我們在進行單元測試時，經常需要關注一個覆蓋率的指標，許多發布流程甚至要求達到特定的百分比。
那么，單元測試覆蓋率是如何統計的呢？其底層實現原理又是怎樣的呢？
單元測試覆蓋率的統計原理實際上是通過字節碼插樁實現的。也就是說，在編譯期間會向代碼中注入一些特殊的監控代碼，以記錄測試執行過程中代碼的執行情況，從而推斷代碼的覆蓋情況。這些監控代碼能在運行時記錄代碼的執行情況，也能在編譯時生成代碼覆蓋率報告。
常見的單元測試覆蓋率統計工具包括JaCoCo、Emma、Cobertura等，這些工具能夠在編譯或運行時對代碼進行插樁，并記錄代碼的執行情況，最終生成覆蓋率報告。
具體見下表：
工具 | Jacoco | Emma | Cobertura |
原理 | 使用 ASM 修改字節碼 | 修改 jar 文件，class 文件字節碼文件 | 基于 jcoverage,基于 asm 框架對 class 文件插樁 |
覆蓋粒度 | 行，類，方法，指令，分支 | 行，類，方法，基本塊，指令，無分支覆蓋 | 項目，包，類，方法的語句覆蓋/分支覆蓋 |
插樁 | on the fly、offline | on the fly、offline | offline，把統計代碼插入編譯好的class文件中 |
生成結果 | 在 Tomcat 的 catalina.sh 配置 javaangent 參數，指出需要收集覆蓋率的文件，shutdown 時才收集，只能使用 kill 命令關閉 Tomcat，不要使用 kill -9 | html、xml、txt，二進制格式報表 | html，xml |
缺點 | 需要源代碼 | 1、需要 debug 版本，并打來 build.xml 中的 debug 編譯項；2、需要源代碼，且必須與插樁的代碼完全一致 | 1、不能捕獲測試用例中未考慮的異常；2、關閉服務器才能輸出覆蓋率信息（已有修改源代碼的解決方案，定時輸出結果；輸出結果之前設置了 hook，會與某些服務器的 hook 沖突，web 測試中需要將 cobertura.ser 文件來回 copy |
性能 | 快 | 小巧 | 插入的字節碼信息更多 |
執行方式 | maven，ant，命令行 | 命令行 | maven，ant |
Jenkins 集成 | 生成 html 報告，直接與 hudson 集成，展示報告，無趨勢圖 | 無法與 hudson 集成 | 有集成的插件，美觀的報告，有趨勢圖 |
報告實時性 | 默認關閉，可以動態從 jvm dump 出數據 | 可以不關閉服務器 | 默認是在關閉服務器時才寫結果 |
維護狀態 | 持續更新中 | 停止維護 | 停止維護，不支持java1.8的lamda表達式 |
什么是字節碼插樁
Java字節碼插樁技術是指在編譯期或運行期，通過修改Java字節碼的方式，在代碼中插入額外的代碼。這種技術可以在不改變Java源代碼的情況下，對Java應用程序的運行時行為進行監控、調試、分析和優化等操作。舉例來說，它可以用于實現性能監控、代碼覆蓋率檢測、代碼安全掃描等功能。
字節碼插樁技術通常包括以下幾個步驟：
- 生成目標類的字節碼，這一步可以通過Java編譯器（如javac）或其他工具（如AspectJ）來完成。
- 解析字節碼，識別需要進行插樁的代碼區域（如方法、循環、異常處理等）。
- 插入額外的字節碼，通常通過編寫Java代碼來實現這一步，然后利用字節碼生成庫（如ASM、Javassist等）生成相應的字節碼。
- 將修改后的字節碼重新寫回到磁盤或內存中，以供后續使用。
假設我們希望對一個Java方法進行性能監控，我們可以在方法的入口和出口處分別插入計時器，以統計方法的執行時間。以下代碼展示了如何實現這一功能：
public class Monitor {
public static void start() {
long startTime = System.nanoTime();
// 將起始時間記錄到ThreadLocal中，以便在方法返回時進行計算
ThreadLocalHolder.set("startTime", startTime);
}
public static void end() {
long endTime = System.nanoTime();
// 獲取起始時間
long startTime = (long) ThreadLocalHolder.get("startTime");
// 計算方法執行時間
long elapsedTime = endTime - startTime;
System.out.println("Method execution time: " + elapsedTime + "ns");
}
}
public class Example {
public void method() {
Monitor.start();
// 執行方法邏輯
Monitor.end();
}
}然而，若需監控多個方法的性能，分別在每個方法中插入Monitor.start()和Monitor.end()將導致代碼重復、可讀性下降，并存在遺漏的風險。在這種情況下，可以借助字節碼插樁技術，在編譯期或運行期間自動向每個方法的入口和出口處插入Monitor.start()和Monitor.end()，以確保代碼的統一性和可維護性。
具體實現可借助字節碼生成庫ASM或Javassist來實現，此處以ASM為例。以下代碼展示了如何使用ASM對Example類進行字節碼插樁：
import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
import java.io.IOException;
public class MonitorTransformer implements Opcodes {
public static byte[] transform(byte[] classBytes) throws IOException {
ClassReader reader = new ClassReader(classBytes);
ClassWriter writer = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS | ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
ClassVisitor visitor = new ClassVisitor(Opcodes.ASM5, writer) {
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, String signature, String[] exceptions) {
MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);
// 只為指定方法添加字節碼插樁
if ("method".equals(name) && "()V".equals(desc)) {
mv = new MethodVisitor(Opcodes.ASM5, mv) {
@Override
public void visitCode() {
super.visitCode();
// 在方法執行之前插入字節碼
mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "Monitor", "start", "()V", false);
}
@Override
public void visitInsn(int opcode) {
// 在方法返回之前插入字節碼
if (opcode == RETURN) {
mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "Monitor", "end", "()V", false);
}
super.visitInsn(opcode);
}
};
}
return mv;
}
};
reader.accept(visitor, ClassReader.EXPAND_FRAMES);
return writer.toByteArray();
}
}
