软件工程中的黑盒测试

引言

黑盒测试是一种软件测试方法，也称为“功能测试”，因为它的主要目标是在不考虑程序代码内部发生什么的情况下，检查应用程序的可用性。这种测试通过模拟最终用户，输入数据并检查软件中相应的输出来进行。

作为检查软件是否满足规定需求的一种手段，它对于保证质量至关重要。黑盒测试在筛选相互作用产品中的缺陷以及确定某个软件是否符合用户期望时特别有用。它经常在SDLC的不同阶段使用，例如系统测试、验收测试和回归测试。在黑盒测试期间，会重现程序实际使用的各种场景，这有助于检测通过简单代码检查可能难以发现的缺陷。

黑盒测试的原则

黑盒测试的原则如下：

1. 关注用户需求

• 黑盒测试主要旨在确保已开发的软件满足最终用户的需求和期望。这意味着测试人员无需关心应用程序的内部工作方式；重要的是输入以及预期的输出。
• 这确保了正确行为模式能够呈现给用户，这对于获得用户的接受至关重要。因此，关注软件的功能将使测试人员能够找出实际发生的情况与应发生的情况之间的差异，从而认为软件是功能性的。

2. 独立于代码结构

• 黑盒测试过程不在数据层面进行，也不涉及代码的内部结构。例如，测试人员不需要具备被测软件或其基础代码的编程背景，因此他们可以专注于软件的功能。
• 这使得可以获得不反映开发人员偏见的客观测试结果。它还尽量以普通用户或客户的方式测试软件。此原则的好处是，除了在代码分析过程中发现缺陷外，它还有助于检测仅通过查看代码可能看不到的问题。

3. 等价划分

• 等价划分是在黑盒测试期间对输入或数据集进行划分的一种方法，它可以在减少要测试的测试用例数量的同时尽可能多地覆盖案例。它是将输入数据划分为我们期望行为相似的子组的过程。
• 通常，通过为每个划分分配一个代表性值并对其进行测试，测试人员可以找到缺陷，而无需测试输入整个范围内的所有值。此原则使测试过程更容易，并且在需要执行的测试数量方面更具成本效益。这也确保了各种输入都得到考虑和监督，从而有很高的概率发现错误。

4. 边界值分析

• 边界值分析是一种黑盒测试方法，其目标是确定划分边界处的极端值。从本质上讲，错误倾向于出现在输入范围的边缘；因此，此原则要求在最小和最大输入域的值处进行测试。这就是为什么在测试时，应优先考虑这些区域，因为其他测试技术可能无法揭示缺陷。
• 这种方法在演示“偏移一位”错误以及许多其他与边界相关的问题时特别有用，因此后者可在软件应用程序开发过程中得到解决。

5. 基于规格的测试用例设计

• 在黑盒测试中，开发的测试用例在假定软件是黑盒的情况下进行测试，而无需了解软件的内部代码。以下原则坚持认为，进行的测试具有预期目标，并满足用户的期望。
• 根据规范，可以对不同的测试用例进行测试，以确保特定需求已达到所需标准，并且软件在给定问题环境中的性能达到预期能力。它还提高了可测试性，因为更容易跟踪测试与需求的匹配度以获得更好的覆盖率。

黑盒测试的类型

1. 功能测试

• 功能测试是测试领域中一种非技术性或黑盒测试技术，旨在确定在执行功能测试时是否存在某个功能。通过提交输入并分析结果与预期输出的对比，来测试应用程序的预期功能。
• 它们对于检查被测产品的基本功能、对用户操作的响应以及业务计算非常重要。专注于电子提交（e-Submission）的操作方式，使测试人员能够找到影响客户便利性的缺陷，并确保电子提交（e-Submission）提供其预期的服务。

2. 非功能测试

• 非功能测试用于测试与功能测试无关的其他软件特性，如速度、可靠性等。这种测试总是为了确保已开发的软件符合设定的质量标准，并且能够在各种条件下运行。
• 性能测试侧重于软件在服务请求负载下的反应，而可用性测试侧重于软件的界面及其易用性。关于这些非功能特性，测试人员将能够保证软件的运行，并为最终用户提供满意的体验。

3. 回归测试

• 此测试用于确保对系统软件的新更改或添加没有对其产生任何负面影响。这种类型的测试涉及重新执行先前执行的相同测试，以确保程序仍按要求工作。
• 回归测试是指重复进行的测试，以检查软件在更新或修改后仍能保持高质量。因此，测试人员考虑部分需求的发生并识别不需要的副作用的能力对于防止缺陷到达最终用户并使软件更稳定非常重要。

4. 用户验收测试 (UAT)

• 用户验收测试 (UAT) 是软件测试的最后阶段，它包括在发布给用户或市场之前对软件进行测试。它涉及在具有真实用户的生产环境副本中运行软件以验证其适用性。UAT 侧重于确定软件执行其预期目的、用户界面和交互的能力。
• 因此，让实际用户参与测试过程很重要。这使得开发人员可以在产品发布前进行相关更改，并且对于向目标用户群体传递价值至关重要。

5. 冒烟测试

• 冒烟测试（也称为“构建验证测试”）是一种测试形式，用于检查目标软件构建的基本功能。它充当一个门槛，决定一个构建是否可以继续进行进一步的测试。
• 通常，冒烟测试是一组测试用例，涵盖了软件的一些最重要功能。冒烟测试可以快速突出核心问题，使开发人员能够节省时间和金钱，而不会在不稳定的构建上浪费更多测试资源。

黑盒测试技术

1. 等价划分

• 等价划分是一种将输入数据划分为预期行为相似的划分的技术。其概念是每个划分代表一组预期产生相同结果的输入，测试人员可以从每个划分中选择一个代表值进行测试。
• 无需广泛测试所有可能的输入即可检查缺陷，提高了测试效率。专注于代表性值还可以让测试人员额外确保各种输入条件得到适当的错误保护。

2. 边界值分析

• 边界值分析的一个主要用例是测试输入范围的边界，因为大多数错误通常会出现在这个方向。此技术涉及在输入域的最小值和最大值以及这些最大值和最小值边界处选择测试用例。
• 因此，测试人员专注于这些重要点来发现边界条件中的缺陷，例如“偏移一位”错误。这种方法对于确保软件能够正确处理边缘情况，从而预期应用程序在任何条件下都能正常运行非常有效。

3. 决策表测试

• 决策表测试是一种将输入及其条件组合表示在表格中，并测试这些输入各种组合的相应输出的技术。决策表中的每一行都是一个唯一的输入组合，并指明了相应的输出。
• 对于具有多个条件和规则的如此庞大而复杂的业务逻辑，此方法非常有用。决策表测试以结构化的形式组织测试用例，以确保所有可能情况的全面覆盖，并允许测试人员捕获通常会被其他类型的测试遗漏的缺陷。

4. 状态迁移测试

• 状态迁移测试用于检查系统因特定事件或输入发生变化时，系统如何在不同状态之间转换。该技术涉及开发一个状态迁移图或表，其中定义了所有可能的状态和迁移。
• 测试人员根据有效和无效的状态变化建立测试用例，并始终检查系统是否在这些状态条件下按预期正常工作。当被测试系统具有依赖于状态的行为时（例如用户界面测试或实现业务工作流的应用程序），此方法非常有用。

5. 用例测试

• 此外，用例测试涉及从用例创建测试用例，这些用例实际上描绘了软件用户如何在小型的、以目标为导向的场景中与软件进行交互。测试用例的过程是证明软件允许用户以他们期望的方式做正确的事情。此技术有助于软件达到满足用户需求并为他们提供满意体验的水平。

黑盒测试过程

1. 测试计划

• 测试计划是黑盒测试的第一个阶段，在此阶段确定测试的性质以及其目标和目的。它涉及识别要测试的方面、要进行的测试类型以及要使用的资源。
• 一个好的测试计划应包含测试的范围和方法、此过程的时间框架、测试的手段以及成功的明确定义。此阶段对于实现与项目设定目标协调一致的测试活动很重要。作为整个测试过程的指南，测试计划阶段概述了将用于指导整个过程的目标。

2. 测试设计

• 在测试过程的测试设计阶段，测试人员根据已开发软件的需求和规范识别单个测试用例。这包括定义他们想要应用于程序的测试条件、应使用的测试技术以及测试的预期结果。目的是覆盖软件的所有功能和非功能需求，以对其进行改进。
• 测试设计在黑盒测试中非常重要，因为它会影响特定项目中测试程序的效率。必须正确推导和开发测试用例，以便它们能够用于揭示缺陷和故障，并确保它们不会降低提供给最终用户的质量和功能。

3. 测试执行

• 在此阶段，将在软件上执行在上一阶段开发的测试用例。用例活动涉及将数据输入应用程序，测试人员充当测试者并观察结果，因为测试人员关心软件是否正常运行。
• 观察到的偏差将记录为问题。此阶段会重复执行，因为测试人员必须重新运行测试用例以确保修复没有在软件中引入其他故障。测试执行是一项实际活动，它提供了关于软件及其质量的有用信息。

工具

1. Selenium

• Selenium 是一个开源工具，最常用于满足 Web 应用程序测试的需求。它支持多种浏览器和平台，使其适用于黑盒测试。Selenium 允许测试人员使用 Java、Python 和 C# 等编程语言编写测试脚本。
• 它允许测试人员模仿用户操作，例如点击按钮和输入字段，以验证应用程序的功能。Selenium 与其他系统的互操作性扩展了该工具的用途，这就是它广泛用于 Web 应用程序测试的原因。

2. QTP/UFT（QuickTest Professional/Unified Functional Testing）

• QTP，现称为 UFT，是 Micro Focus 公司为功能和回归测试开发的商业工具之一。它提供了一个 GUI 平台，可以轻松录制测试脚本，即使没有专业的编程知识。如今，UFT 支持各种 Web、Windows 甚至移动应用程序和工具功能。
• 它的一些功能包括关键字驱动测试和出色的报告，使其非常适合黑盒测试。Micro Focus 在 UFT 的创建中集成了其他产品，使其在自动化测试领域具有巨大的价值。

3. TestComplete

• TestComplete 是 SmartBear 开发的一款自动化软件测试工具，用于桌面、Web 和移动应用程序的功能和回归测试。其多功能的脚本选项使测试人员能够使用 JavaScript、Python、VBScript 等多种语言编写测试脚本。录制回放是 TestComplete 的一个简单而强大的功能，学习成本不高。
• 它易于测试人员理解。这使其具有出色的对象识别能力，能够在特定复杂或变化的场景中进行非常精确和准确的测试。然而，TestComplete 更突出的地方在于它与其他 SmartBear 工具的兼容性，这增强了它的功能，并创建了一个完整的测试工具套件。

4. Appium

• 它是一个软件测试工具，支持 IOS 和 Android 平台的移动应用程序自动化。它允许测试人员使用 WebDriver 协议编写测试，以便可以使用可在任何操作系统上运行的语言进行测试。除了 Java 和 Python，Appium 还为测试人员提供了许多支持。
• 通过支持原生、混合和移动 Web 应用程序，Appium 适用于移动测试中的各种用途。它是免费开源的，并得到一个非常活跃的开发者社区的支持，使其成为移动黑盒测试的首选工具。

实际示例

1. 示例：银行应用程序测试

• 一家拥有庞大互联网银行部门的大型银行最近采用了黑盒测试来识别平台系统的稳定性和安全漏洞。测试团队测试了系统功能的可用性，重点关注每日用户交易、余额和报表。
• 测试人员应用了等价划分和边界值分析等黑盒技术，为以下输入条件开发了测试用例：交易金额和账户类型。这使得能够识别可能导致用户不便和财务部门出错的重要潜在缺陷。因此，黑盒测试的成功实施有助于提高平台的稳定性以及用户的满意度。

2. 示例：电子商务网站测试

• 在电子商务业务中，进行了黑盒测试以检查该业务的购物车和结账方法是否正常工作。用户还进行了一些基本测试，他们进行了一些常规的购物场景，包括将商品添加到购物车、添加折扣券代码或折扣以及正常轻松地“结账”的能力。
• 因此，在关注用户界面和预期结果时，测试团队查明了付款问题以及订单确认问题。这就是为什么上述严格的测试能够让客户获得无缝顺畅的购物体验，从而提高销售额和客户忠诚度。

3. 示例：健身追踪器移动应用测试

• 为了保证健身应用的正常运行，开发人员在测试步数、卡路里摄入和锻炼等功能时进行了黑盒测试。提供了状态迁移测试，以确保应用程序报告用户正确的活动并切换应用程序的不同模式或状态。
• 为了减少记录数据中的偏差，团队确保他们在不同的操作系统上对众多移动设备进行了应用程序测试，确保性能最佳且数据准确，以吸引和维持用户参与。

4. 示例：航空公司预订系统测试

• 通过将黑盒测试应用于一家航空公司，对在线航空公司预订系统进行了评估。测试团队专注于使用决策表测试来考虑多种预订类型，例如单程和往返、不同乘客和座位。
• 通过正确组合输入和输出预期，测试人员能够注意到一些重要问题，如票价计算程序和座位可用性。因此，通过广泛的测试，预订系统得以高效运行，并为客户提供完善的预订服务。本案例演示了黑盒测试在评估具有许多因素的非线性系统中的应用。

5. 示例：医疗保健管理系统测试

• 一家医疗保健提供商的患者管理系统需要通过黑盒测试来测试其功效和有效性。通过进行的非功能性测试，证实了该系统能够管理患者记录、预约安排和计费。
• 更具体地说，在用例测试中，团队试图模拟真实场景，以查看医疗保健专业人员持有的患者详细信息是否易于访问和更新。通过这样做，可以修复测试过程中提出的主要问题，并确保最终系统符合法律规定，并旨在提供安全的患者护理解决方案。

结论

总而言之，黑盒测试是软件质量保证中的一个杰出概念，因为它处理软件的外部结构，在不了解内部结构的情况下确认其功能。提供的测试技术，如等价划分、边界值分析和用例测试，对于测试人员识别缺陷并确认根据用户需求开发的软件是否符合要求非常有帮助。此外，在测试中使用工具也可以通过在各种平台上的不同方面进行测试来提高覆盖率。