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  • 2022-03-16 16:47:27

    一、自动化测试
    众所周知,自动化测试已经成为软件项目中不可或缺的测试方法。基于用户交互界面(GUI)的自动化测试方法具有模拟用户行为和过程可视化的特点,因此受到了广大入门自动化人士的喜爱。诸如:QTP、Selenium等都具有强大的功能支撑和丰富的知识库,而逐渐成为自动化测试人士必备工具之一。

    然而,伴随着敏捷开发和持续交付在软件开发项目中的普及和应用,测试工作的重心不得不进一步前移。而由于用户界面的开发通常处于软件开发的末端且缺陷修复成本较大,因此基于GUI的自动化测试无法很好的适用于此类项目。基于应用程序接口(API)的自动化测试却可以很好的解决了此类问题。

    二、接口自动化测试
    在分层测试策略中各层工作有明确的测试重心,测试工作通过逐层开展螺旋上升。这样一方面促使开发测试一体化,直接提高了测试效率;另一方面也可以尽早发现程序缺陷,降低缺陷修复成本。

    在这里插入图片描述
    分层测试策略

    API接口测试介于单元测试和界面测试之间,是一种灰盒测试方法,主要测试内部接口功能的完成性。相较于UI自动化测试,它具有自动化成本低和测试效率高的特点。

    接口测试的工作原理是接口测试工具模拟客户端向服务器发送报文请求,服务器接受请求并做出响应。然后向客户端返回应答信息,接口测试工具对应答信息进行解析的一个过程。如图(报文传输的大致流程):

    在这里插入图片描述
    常用的接口测试工具有:

    1、Apache JMeter:是一款基于Java的开源测试工具,主要应用于WEB应用程序的负载测试,同时也支持单元测试和接口测试;

    2、Postman:是一款功能强大的网页测试工具,支持WEB API和HTTP请求,能够发送任何类型的HTTP请求(GET、HEAD、POST、PUT等)。Postwomen与其近似的一款免费开源、轻量级测试工具;

    3、SoapUI,是一款用于SOAP和REST的开源API测试自动化框架,可以集成到Eclipse等开发工具中,支持用户二次开发;

    4、Robot Framework,是一款基于Python3的开源自动化测试框架,具有良好的可扩展性,支持关键字驱动,运行用户二次开发。

    基于这些接口测试工具,测试人员可以根据自身业务需要开发适合自己的接口自动化测试工具。有了接口自动化测试工具,我们就可以开展自动化测试工作。

    接口自动化测试的基本流程有(如图):

    1、在测试工具中登记待测交易的接口报文格式;

    2、编写测试案例,向案例中添加交易接口并进行配置关联;

    3、准备测试数据并对测试数据进行参数化;

    4、测试工具自动执行自动化测试案例;

    5、测试工具比对预期结果和返回结果,验证案例是否执行成功。

    在这里插入图片描述

    三、接口自动化测试要点

    参照DevOps的评级标准,作者所处项目的所有交易的接口必须进行全量自动化测试覆盖。项目组为了保证项目测试达到该标准,为此做了大量的前期规划和实践探索,结合作者的自身的项目实践与大家分享几点接口自动化测试过程中的工作要点。

    1、梳理交易流程做到一目了然。

    以税金支付账号维护交易为例,该交易包含新增/修改提交复核、复核通过、复核退回、删除四个程序接口。各接口程序之间的关系如下图所示,提交复核分为新增提交复核和修改提交复核,提交之后可以复核通过也可以复核退回,删除交易只能处理复核退回的数据。

    因此我们可以整理出该交易的分支案例如下:

    1)新增提交复核>复核通过>修改提交复核>复核通过;

    2)新增提交复核>复核退回>修改提交复核>复核退回>删除。

    由图(税金支付账号维护交易流程图)我们可以一目了然的看出该上述两条分支案例已完全覆盖税金支付账号维护交易的所有业务分支。从而避免接口自动化测试时遗漏某一逻辑分支,造成缺陷逃逸。

    在这里插入图片描述
    2、详细的接口设计文档是成功的前提

    子曰:”工欲善其事,必先利其器。”一个详细的接口设计文档是接口自动化测试顺利开展的重要前提。为了保证接口测试的顺利开展,我们要求项目组开发人员务必给出接口交易各字段的校验规则和操作步骤。

    如图示,展示了提交复核接口各输入字段的校验规则,提交复核类型不能为空,必须是old/new。同时开发人员还写出了提交复核接口程序的处理步骤,如对数据库表:税金支付账号,先进行赋值操作,然后进行了保存到数据库中。

    详细的字段校验规则,有助于后续测试人员在编写接口自动化测试案例时准确的填写接口字段值。并根据校验规则和操作步骤设置检查点,比对判断程序返回结果是否正确。详细的验证方法见下一部分“案例正确性验证”。

    在这里插入图片描述

    提交复核接口字段校验规则
    在这里插入图片描述
    提交复核接口操作步骤

    3、案例的正确性验证

    1)程序返回信息的正确性验证。案例执行完毕,对程序返回结果的正确处理决定了自动化案例能否正确发现程序缺陷。可以说全面的正确性验证决定了自动化测试案例的质量高低与否。如:图(提交复核接口字段校验规则)中提交复核类型字段输入NULL/add等非法值后,我们不仅要验证程序的错误码为200,同时也要验证报错信息是否符合预期,确定该条案例确实测试到该条校验规则。

    为此我们引入了关键字比对功能,提取预期错误提示信息的唯一标识关键字。以关键字为标准,检索程序反馈信息是否存在该关键字,若检索到该错误信息关键字则判定该反向案例执行通过且正确。若未检索到该错误信息关键字,则判定该反向案例设计不能覆盖此条交易规则。

    2)数据库操作的正确性验证。程序执行过程中涉及到大量的数据库增删改操作,从验证完备性考虑,需要进一步验证数据库操作是否正确,避免插入、修改的数据存在错误,或数据库操作失败后回滚造成脏数据的存在。

    为了验证数据库插入、修改、删除是否成功,数据是否符合预期,我们采用了以下两种验证方法:1)交易关联验证;2)数据比对验证。

    交易关联验证是通过业务逻辑进行验证,使用后置交易是否能成功执行来验证前置交易数据库操作是否正确。如:录入一张金额为100元的发票,我们可以先发起领票101元的交易,再发起领票100元的交易,如果领票101元失败,领票100元成功,即可证明录入金额为100元准确无误。

    数据比对验证是系统或业务需要的登记类数据,这类数据没有后续的逻辑关系,传统的处理方法是人工查询数据库或查询交易,我们开发出一个数据库查询API,通过前置交易传入的表的KEY值查询到该条记录的其他字段值,并与预期值进行比对,从而实现了自动化核对。

    4、其他要点提示

    除了以上3点之外,测试人员还需要关注数据是否独立、测试案例是否形成了闭环、测试数据的参数化。数据是否独立决定了测试环境对自动化案例的影响程度,数据独立性越高则环境变化造成的影响越小。测试案例能否形成闭环决定了该条测试案例是否可以被重复大量执行。测试数据参数化决定了我们的案例复用程度和后期的维护成本,对等价的数据进行参数化设置不仅有助于我们覆盖大量测试数据。同时当程序发生改变时,我们可以简单快捷的修改测试数据。常用的测试数据来源有数据库、配置文件、接口返回值、excel/txt文件。

    四、结语

    随着自动化测试成为测试工程师必备技能之一。拥有了该项技能在面对功能、模块日趋复杂和迭代频繁的软件开发项目时,测试人员可以从容不迫的解决和应对这些问题。本文基于此种考虑,介绍了自动化测试的相关知识。结合作者在项目中的实践分享了接口自动化测试过程中的几点感悟,希望对想要迈入和初步迈入的自动化测试领域的同志们有所帮助。

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    计算流体动力学模型的质量通常由用于解决问题的网格质量决定。良好的网格有助于收敛,减少内存需求,并产生精确的解决方案。因此,在解决计算流体力学问题时,投入时间和思想来创建网格是值得的。在这篇文章中,我们描述了质量网格的因素以及如何准备网格的流体流动模型几何。

    什么是“好的”计算流体力学网格?

    计算流体动力学网格必须满足两个基本规则:

    计算域中没有空白区域

    没有重叠的网格元素

    大多数现代啮合工具要么包含自动检查,要么提供容易检测和补救违规的工具。COMSOL

    Multiphysics软件执行自动检查,防止违反这两条规则(除非另有规定)。

    一个好的计算流体动力学网格还应该针对以下三个经常发生冲突的因素:

    1.高质量

    2.足够的分辨率达到所需的精度

    3.低计算成本

    让我们更详细地回顾一下这些因素。

    网格元素质量

    高质量的网格元素是尽可能各向同性的元素;例如六面体立方体形状的元件。不同的质量度量被用来量化元素的质量。例如,完美的元素通常有质量1,但也有完美元素有质量0的逻辑。

    COMSOL Multiphysics将完美元素描述为品质1。某种程度上偏离其完美形式的网格元素因此具有小于1的质量。

    一个元素最糟糕的情况是它折叠或反转,以至于它的面积或体积变为零或负值。这种元素是在极少数情况下生成的,修改网格以消除它们是很重要的,因为它们生成的方程系统极难求解,并且可能有非物理解。负体积元素的质量为零或小于零。下面是一个倒六面体的例子。

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    六面体元素从完美质量(最左边)到倒置(最右边)。

    网格元素可以在许多方面偏离它的完美形式。无害的偏差是一个方向上的“压缩”,如上图中各向异性元素所示。这纵横比定义为最长边的长度除以最短边的长度。具有高纵横比的元件能够为流动各向异性的区域提供高精度。这些元素通常用于创建结构化网格,尤其是边界层网格。然而,当使用高长宽比元素时,随着长宽比的增加,得到的方程系统变得更难求解。高达100阶(或接近100阶)的长宽比通常是可以接受的,而接近1000阶的长宽比可能会很麻烦。

    使网格元素变形而不反转的最糟糕的方法是扭曲它。A斜网格元素具有基本偏离90°的角度。严重偏斜的元素对方程系统的局部精度和条件数都有负面影响(方程更难求解)。当创建曲面几何中的边界层网格或映射网格时,或者当通过金字塔元素从高纵横比元素过渡到各向同性四面体元素时,通常会出现倾斜元素。歪斜是一个检测倾斜元素的措施。基于偏斜度的质量没有明显的下限,但应避免低于0.01的质量。

    计算流体动力学特有的网格质量度量是增长率。这增长率是从一个元素到它的一个邻居的元素大小的变化,为了得到准确的结果,它应该很小。最高增长率通常出现在结构化网格之间的过渡中,例如边界层网格、映射网格和自由非结构化四面体网格。增长率没有正式的上限,但一个很好的经验法则是不应该超过20%。

    足够的分辨率

    对于计算流体动力学问题,网格包含形状函数,形状函数又代表流场和压力场。任何这些场中的尖锐梯度都需要局部密集网格才能被分辨。在最佳情况下,未充分求解的梯度通过数值离散化方案消散,例如稳定化或逆风。这降低了精确度,但也可能导致大范围的振荡甚至发散。流体力学领域的熟练专家可以预测哪里可能出现尖锐的梯度,并在这些位置创建局部更精细的网格,而不是在任何地方都细化网格。

    计算成本

    总是有可能在任何地方建立一个非常密集的网格,但是,在大多数情况下,由此产生的计算成本变得巨大。因此,重要的是只在流动需要的区域细化网格,并向可以使用较大元素的区域提供良好的过渡。但是流动通常是各向异性的,所以最有效的方法是利用各向异性结构网格来捕捉梯度。因此,典型的计算流体动力学网格包含具有结构化网格的区域和具有自由、非结构化网格的区域。

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    具有自由四面体和结构化网格区域的混合器模型。请注意,沿着墙的边界层网格是结构化的。

    各向异性网格和元素大小的差异会降低网格质量,因此在解决流中的梯度的同时最小化具有高网格质量的网格元素的数量并不容易。

    为COMSOL多物理中的网格划分准备计算流体动力学模型几何

    正确准备网格计算流体动力学模型的几何形状非常重要。通常,计算机辅助设计团队会提供一个包含几何描述的文件。最终几何图形应包含规定适当物理条件的实体(如指定为入口和出口的边界),并以网格可控制的方式进行分割。它有助于直观地了解解决方案是什么样的,这样网格可以在需要的地方进行细化,在我们期望解决方案精度允许的地方进行粗化。

    创建流域

    通常,由计算机辅助设计团队提供的几何图形正是流动力学专家提供的不想要。它通常是一些固体部件,如阀门、车辆或电子设备,所以专家的第一步是移除所有不需要的东西并创建流体域。

    例如,经典的艾哈迈德车身基准案例显示了一辆简化汽车周围的气流。您通常在互联网上看到的计算机辅助设计文件是针对实际汽车的,但是我们希望模拟汽车位于风洞中时的流动。所以,在这种情况下,我们画一个矩形,减去汽车,得到一个汽车被切掉的风洞(下图,右图)。

    请注意我们如何只保留了一半的汽车。通常建议尽可能利用对称性,例如在稳态雷诺平均纳维尔-斯托克斯(RANS)模拟中的对称流。另一方面,大涡模拟需要完整的几何形状。)在这种情况下,使用对称平面移除了50%的元素,并将计算时间减少了50%以上,而没有任何精度损失!

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    艾哈迈德主体的实际计算机辅助设计几何图形(左)和风洞中内接的一半几何图形(右)。

    移除几何图形细节

    计算机辅助设计的几何图形很少像艾哈迈德主体那样简单,并且经常包含计算流体力学专家不感兴趣的细节,例如螺栓、弹簧和标识。这些细节几乎总是可以被简化表示移除或替换。

    计算机辅助设计几何零件也往往不完美。下图显示了一个叶轮叶片,该叶片略大于与之相连的轴。如果我们离开这些长条面,网格元素需要与它们一致,这导致长条面周围的网格非常密集。长条面通常也比允许的最小元素尺寸小得多,因此附着在长条面上的元素趋向于变得高度各向异性并具有高偏斜度。由于长条面产生不必要的密集网格,元素质量差,因此应该将其移除。

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    叶轮计算机辅助设计几何图形上的长条面(蓝色)。

    COMSOL

    Multiphysics包括识别和移除小细节的工具,例如虚拟操作。使用计算流体力学应用时,一个重要的方面是保持表面的曲率。使用虚拟操作来移除边和长条面可能会导致有效的“弯曲”表面网格,在最坏的情况下,这可能会改变流动的特性。

    为映射准备几何图形

    结构化网格是帮助我们获得足够分辨率的有效工具。但是,并不是所有的几何图形都可以被映射或扫描。粗略地说,几何图形需要同胚变形为2D的一组正方形或3D的一组立方体,以便绘图和扫描工作。这可能需要分区的几何图形,如下所述上一篇文章。在下图中,我们添加了一个曲面,将艾哈迈德车身模型的风洞分割在前面(简化的汽车在那里),以及后面(我们打算在那里创建一个结构化网格)。

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    Ahmed车身模型几何图形,带有曲面,可用于在风洞后部创建结构化网格。

    结构化网格在多物理模拟中特别有用,例如下面显示的太阳能电池板的FSI分析。太阳能电池板由许多平板和横梁组成,它们的短边必须由许多交叉的元件啮合。除了靠近边缘的区域,大曲面不需要精细网格。在这种情况下,需要各向异性网格元素来获得所需精度的合理小问题。

    可以为大多数梁和板单独构建结构化网格,但是当不同的网格需要共享面或边时,可能会出现冲突。分割如下图右侧所示,板和梁解决了这个问题。附加的边和表面对元素的数量及其分布提供了额外的控制。

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    太阳能电池板几何形状,清洁(左)和清洁和分隔(右)。

    创建网格控制实体

    引入额外的面和边来控制网格有一个缺点:网格需要符合这些额外的实体。当引入边界层网格时,这可能会带来问题。COMSOL

    Multiphysics使用一种方法,即在体积被网格化之后,边界层网格被推入域中。域中的元素需要为边界层元素留出空间。它们可以在面内和沿边移动,但不能脱离面或远离边。如果不允许元素移动,试图进入该域的元素和边界层元素都可能被压扁。

    下面的截图显示了在艾哈迈德身体后面添加的一个域,以控制尾流中的网格大小。该区域不会一直延伸到底部,因此如果不允许移动,在风洞地板上引入的边界层网格会在地板和额外区域的底部之间被压扁。COMSOL软件具有所谓的网格控制实体,如汽车后面的网格控制域所示。

    当网格控制域完全嵌入到网格中时,它会消失,当需要移动时(例如,当创建边界层网格时),会释放以前限制在其边界内的元素。在这种情况下,网格控制实体下方地板上的边界层网格将能够移动网格控制面上方和上方的元素,以避免挤压元素。

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    艾哈迈德车身模型在简化的汽车后面有一个网格控制域。

    当实体被移除时,网格控制实体可以局部平滑网格,因此与将实体留在模型中(即使没有边界层网格)相比,它们通常在局部产生质量更好的网格。

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