박종훈 기술블로그

기초가 탄탄한 자바 개발자가 되기 위해 알아야할 테스트 주도 개발 (TDD, Test-driven development)

원문 : Well Grounded Java Developer - ch13 testing fundamentals

기초가 탄탄한 자바 개발자가 되기 위해 알아야할 테스트 기초 에서 이어지는 글입니다.

이 글을 읽은 후 추가적으로 TDD 에 궁금하다면

을 추가적으로 보면 좋을 것 같다.


13.3 테스트 주도 개발

테스트 주도 개발은 꽤 오랫동안 소프트웨어 개발 산업의 일부로 존재해 왔습니다.

테스트 주도 개발의 기본 전제는 테스트를 구현하기 전에 작성하자는 것입니다. 이를 통해 테스트가 코드 설계에 영향을 미칩니다.

TDD는 일반적으로 다음과 같이 테스트를 먼저하는 접근 방식을 따릅니다. 먼저 구현하기 전에 실패하는 테스트를 만듭니다. 이후 구현하고 필요에 따라 리팩터링을 진행합니다.

예를들어, 두 문자열 객체(“foo”, “bar”)를 연결하는 것을 구현한다고 해보겠습니다. “foobar” 라는 결과물이 나올 것을 예상하는 테스트를 먼저 작성합니다. 이 테스트는 구현을 옳게 하였는지 보장해줍니다.

많은 개발자들이 테스트를 작성합니다. 하지만 그 중에 많은 수가 테스트를 구현 이후에 작성해서 TDD의 주요 장점들을 놓칩니다.

TDD는 많이 퍼져 있는 개념이지만, 그럼에도 많은 개발자들이 왜 그렇게 까지 해야하는지에 대해 이해하지 못합니다.

TDD를 사용하는 사람들은 두려움과 불확실성을 제거하는 것이 가장 중요한 이유라고 믿습니다. Kent Beck의 테스트 주도 개발에는 이에 대해 훌륭하게 요약되어 있습니다.

TDD는 두려움에서 벗어나게 하고, 기초가 탄탄한(well-grounded) 개발자로 하여금 더 자신감있고, 의사소통을 잘하며, 수용적이며, 행복하게 합니다.

TDD는 다음과 같은 상황(사고 방식)에서 벗어나도록 도와줍니다.

TDD는 아래와 같은 장점들을 제공합니다. (장점이 바로 나타나지는 않음, aren’t always immediately obvious)

이제 막 TDD를 시작해보려는 개발자는 TDD가 특별한 개발자만 쓰는 방식이라는 벽에 부딪히곤 합니다. 하지만 그렇지 않습니다. 앞으로 증명하겠지만 TDD는 모든 개발자를 위한 기술입니다.

13.3.1 TDD 요약

TDD는 단위 테스트 수준에서 가장 쉬우며 TDD에 익숙하지 않은 경우 시작하기 좋은 곳입니다. 여기서부터 시작하여 특히 단위 및 통합 테스트의 경계에서 TDD가 어떻게 작동하는지 보여드리겠습니다.

[Note] 테스트가 아예 없거나, 거의 없는 기존 코드에서 작업하는 것은 어려운 작업이 될 수 있습니다. 모든 테스트를 소급 적용하는 것은 거의 불가능합니다. 대신, 앞으로 추가하는 새로운 기능에 대해서 테스트를 추가해나가면 됩니다. Michael Feathers의 레거시 코드 활용 전략(Working Effectively with Legacy Code)가 도움이 될 수 있습니다.

지금부터 red-green-refactor 방식을 사용하여 TDD에 대해 알아가보겠습니다. JUnit을 사용하며 극장의 티켓 판매에 대한 수익을 계산하기 위한 코드에 대한 테스트 코드를 작성할 것입니다.

만약 JUnit이 익숙하지 않다면 사용자 가이드를 참고하는 것을 권장합니다. 더 자세한 내용은 Cătălin Tudose의 JUnit in Action을 보십시오.

13.3.2 한 가지 케이스를 고려하는 TDD 예제

실무에서 TDD에 대해 익숙하다면 이 과정을 건너뛰어도 좋습니다. 하지만 이 글을 통해 새로운 통찰력을 제공할 것입니다.

우리는 여러 곳의 극장에서 티켓을 판매하여 발생하는 수익을 계산하는 확실한 방법에 대해 코드를 작성해야 한다고 가정해봅시다.

초기 비지니스 규칙은 다음과 같이 간단합니다.

극장에는 현재 POS 소프트웨어가 없기 때문에 현재 사용자는 판매된 티켓 수를 자동으로 입력해야 합니다.

TDD를 접한적이 있다면 red-green-refactor 방식에 대해 익숙할 것입니다. 처음 접했거나, 약간의 복습이 필요한 사람을 위해 Kent Beck의 테스트 주도 개발에 있는 정의를 다시 살펴보겠습니다.

우리의 목표를 달성하기 위해 다음과 같은 의사코드(pseudocode)를 생각해봅시다.

estimateRevenue(int numberOfTicketsSold)
  if (numberOfTicketsSold is less than 0 OR greater than 100)
    Deal with error and exit
  else
    revenue = 30 * numberOfTicketsSold;
    return revenue;
endif

이에 대해 너무 깊게 생각하지 않는것이 중요합니다. 테스트가 설계와 구현을 주도할 것입니다.

실패하는 테스트 작성 (빨강, Red)

이 단계에서 해야하는 것은 실패하는 테스트로 부터 시작하는 것입니다. 아직 우리는 TicketRevenue 라는 클래스를 작성하지도 않았기 때문에 테스트가 컴파일 되지도 못한 상태입니다.

회계사와 논의를 마친 후 다음과 같은 작업이 필요하다는 것을 깨달았습니다.

우리는 5개의 테이스를 작성해야 합니다.

[Note] 테스트(특히 숫자와 관련된)를 작성할 때는 먼저 0/null 케이스, 1개 케이스, 많은(many) 케이스 를 고려하면 좋습니다. 그 이후로는 음수 또는 최대 한도를 초과하는 금액과 같은 케이스를 고려하면 좋습니다.

첫번째로 1개의 티켓에 대한 수익을 다루는 테스트를 작성하기로 하였습니다. 이를 JUnit 테스트로 작성해보면 아래와 같은 모습일 것입니다. (우리는 아직 테스트에 통과하는 완벽한 것을 작성하는 것이 아닙니다.)

import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.math.BigDecimal;

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

public class TicketRevenueTest {
  private TicketRevenue venueRevenue;

  @BeforeEach
  public void setUp() {
    venueRevenue = new TicketRevenue();
  }

  // One sold case
  @Test
  public void oneTicketSoldIsThirtyInRevenue() {
    var expectedRevenue = new BigDecimal("30");
    assertEquals(expectedRevenue, venueRevenue.estimateTotalRevenue(1));
  }
}

코드에서 볼 수 잇듯이 테스트에서는 티켓 한 장 판매하여 30원의 수익을 얻을 것을 기대하고 있습니다.

아직 estimateTotalRevenue 메소드를 포함한 TicketRevenue 클래스가 작성되지 않았기 때문에 이 테스트는 아직 컴파일 되지 않습니다. 우선 테스트 코드에 대한 컴파일을 없애기 위해 다음과 같이 무작위로 구현합니다.

public class TicketRevenue {
  public BigDecimal estimateTotalRevenue(int i) {
    return BigDecimal.ZERO;
  }
}

일반적인 상황에서는 불변성이 선호되지만, 위 테스트 코드에서는 venueRevenue 변수가 변경 가능한 형태로 되어 있어서 어색하게 느껴질 수 있습니다. 이렇게 작성된 이유는 공유 필드를 통해 (곧 추가적으로 작성될) 다른 테스트 케이스들과의 공동 설정을 하기 위해서 입니다. 테스트에는 프로덕션 코드와 동일한 보호가 필요하지 않으며, 이렇게 작성하면 테스트 케이스들 간의 동일한 부분을 보여줘 명확성이 향상됩니다.

이제 테스트 컴파일하면 IDE 도구나 CLI 환경에서 실행할 수 있습니다. Gradle이나 Maven 에서는 테스트를 쉽게 실행할 수 있도록 명령어를 제공합니다. (gradle test or mvn test)

[Note] 각 IDE 에서 JUnit 테스트를 실행할 수 있는 방법을 제공합니다. 일반적으로 테스트 클래스를 우클릭해서 테스트를 실행할수도 있습니다. 그러면 IDE에서는 별도의 창이나 섹션을 통해 실패한 테스트에 대해서 안내합니다. (여기서는 30을 기대했지만 0을 리턴하기 때문에 실패합니다.)

테스트에 실패했으면, 다음 단계는 테스트를 통과하도록 만드는 것입니다. (초록색으로 만들기)

테스트에 통과하도록 구현하기 (초록, Green)

이번 단계의 핵심은 테스트를 통과하도록 하는 것입니다. 하지만 구현이 완벽할 필요는 없습니다. TicketRevenue 클래스을 더 좋은 방식으로 구현을 하면 됩니다. (현재는 그냥 0을 리턴하고 있습니다.) 그저 테스트를 통과하게 하면 됩니다. (초록색으로 만들기)

다시 한 번 말하지만, 이번 단계에서 너무 완벽한 코드를 작성하려고 하지는 않아도 됩니다.

초기 구현은 이런 모습이 될 수 있습니다.

import java.math.BigDecimal;

public class TicketRevenue {
  public BigDecimal estimateTotalRevenue(int numberOfTicketsSold) {
    BigDecimal totalRevenue = BigDecimal.ZERO;

    // 테스트에 통과할 수 있도록 구현
    if (numberOfTicketsSold == 1) {
      totalRevenue = new BigDecimal("30");
    }

    return totalRevenue;
  }
}

테스트를 실행시켜보면 테스트에 통과할 것입니다. 그리고 대부분의 IDE 에서 초록색 바나 체크 표시를 볼 수 있을 겁니다. CLI 환경이더라도 초록색 메시지로 테스트가 통과했다는 것을 안내해줄 것입니다.

그럼 이제 다 끝난걸까요? 다른 것으로 넘어가도 될까요?

물론 아닙니다.

위에서 작업한 코드를 정리(tidy up)해야 합니다. 지금 바로 진행해보겠습니다.

여기서 정리 이라는 부분에 tidy 라는 단어가 사용됐는데 이 단어를 보고 Kent Beck 이 최근에 발간한 tidy first 라는 책이 떠올랐다. 나중에 읽어보고 싶은 책 목록에 넣어둔 책이다.

테스트 리팩터링 하기

이번 단계의 핵심 포인트는 테스트에 통과하기 위해 빠르게 구현한 것을 허용된 관행(accepted practice)을 따르고 있는지 확인하는 것입니다.

현재의 코드는 깔끔하게 작성되지 않은 상태입니다. 이 코드는 분명히 리팩터링하여 개선할 수 있습니다.

테스트를 통과하게 했기 때문에, 걱정없이 리팩터링 할 수 있습니다. 비지니스 로직을 놓칠 가능성이 없습니다.

[TIP] 테스트를 통과하는 초기 코드를 작성함으로써 얻은 또 다른 이점은 더 빠르게 개발 프로세스를 가져갈 수 있다는 것입니다. 팀의 나머지 구성원들은 첫번째 코드 버전을 가져와서 더 큰 코드베이스 안에서 테스트를 시작할 수 있습니다. (통합 테스트 이상의 테스트로)

해당 케이스에 대해서는 통과를 한 상태이기 때문에 이 케이스가 필요한 통합 테스트 이상의 테스트에서 가져다 쓸 수 있다는 뜻인가 싶다.

이전 코드에서 티켓 가격에 대해 사용한 매직 넘버를 제거한 뒤 아래와 같이 코드로 바꾸어 옮겨보겠습니다.

import java.math.BigDecimal;

public class TicketRevenue {
  private final static int TICKET_PRICE = 30;

  public BigDecimal estimateTotalRevenue(int numberOfTicketsSold) {
    BigDecimal totalRevenue = BigDecimal.ZERO;
    if (numberOfTicketsSold == 1) {
      totalRevenue = new BigDecimal(TICKET_PRICE * numberOfTicketsSold);
    }
    return totalRevenue;
  }
}

“30”으로 하드코딩 되어 있던 부분을 TICKET_PRICE 상수값을 정의하여 처리하는 방식으로 변경함.

리팩터링을 통해 코드를 개선하였지만, 아직은 가능한 여러 케이스들을 해결해주지는 못합니다. (음수, 0, 2-100, 100개 초과)

다른 케이스에 대한 구현을 어떻게 할지에 대해 직접적으로 추측하는 것이 아니라. 추가 테스트를 통해서 설계와 구현을 주도해야 합니다.

다음 섹션에서는 여러 케이스들을 고려하는 테스트 주도 개발을 진행해보겠습니다.

여러 테스트 케이스를 고려하는 TDD 예제

이전에 해결하지 못한 음수, 0, 2-100, 100개 초과 케이스에 대해서도 테스트를 계속 추가합니다.

마찬가지로 케이스에 대한 유효한 테스트를 미리 작성합니다.

red-green-refactoring 주기를 따르는 것은 여전히 중요합니다.

위 케이스들에 대한 테스트를 모두 추가하면 아래와 같은 테스트 클래스가 생성될 수 있습니다.

import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.math.BigDecimal;

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

public class TicketRevenueTest {
  private TicketRevenue venueRevenue;
  private BigDecimal expectedRevenue;

  @BeforeEach
  public void setUp() {
    venueRevenue = new TicketRevenue();
  }

  @Test
  public void failIfLessThanZeroTicketsAreSold() {
    assertThrows(IllegalArgumentException.class,
                () -> venueRevenue.estimateTotalRevenue(-1));
  }

  @Test
  public void zeroSalesEqualsZeroRevenue() {
    assertEquals(BigDecimal.ZERO, venueRevenue.estimateTotalRevenue(0));
  }

  @Test
  public void oneTicketSoldIsThirtyInRevenue() {
    expectedRevenue = new BigDecimal("30");
    assertEquals(expectedRevenue, venueRevenue.estimateTotalRevenue(1));
  }

  @Test
  public void tenTicketsSoldIsThreeHundredInRevenue() {
    expectedRevenue = new BigDecimal("300");
    assertEquals(expectedRevenue, venueRevenue.estimateTotalRevenue(10));
  }

  @Test
  public void failIfMoreThanOneHundredTicketsAreSold() {
    assertThrows(IllegalArgumentException.class,
                () -> venueRevenue.estimateTotalRevenue(101));
  }
}

그리고 이 테스트들을 통과시키는 구현은 다음과 같을 수 있습니다.

import java.math.BigDecimal;

public class TicketRevenue {
  public BigDecimal estimateTotalRevenue(int numberOfTicketsSold)
    throws IllegalArgumentException {

    if (numberOfTicketsSold < 0) {
      throw new IllegalArgumentException("Must be > -1");
    }

    if (numberOfTicketsSold == 0) {
      return BigDecimal.ZERO;
    }

    if (numberOfTicketsSold == 1) {
      return new BigDecimal("30");
    }

    if (numberOfTicketsSold == 101) {
      throw new IllegalArgumentException("Must be < 101");
    }

    return new BigDecimal(30 * numberOfTicketsSold);
  }
}

이렇게 구현하면, 테스트들에 통과할 수 있습니다.

TDD 주기에 따라 구현을 다시 리팩터링 합니다. 예를들어 잘못된 케이스(< 0 또는 > 100)에 대해서 하나의 if 문으로 결합하고 유효한 케이스에 대해서는 수식(TICKET_PRICE * numberOfTicketsSold)을 사용하여 수익을 반환하게 처리할 수 있습니다.

아래와 같이 작성할 수 있습니다.

import java.math.BigDecimal;

public class TicketRevenue {

  private final static int TICKET_PRICE = 30;

  public BigDecimal estimateTotalRevenue(int numberOfTicketsSold)
    throws IllegalArgumentException {

    if (numberOfTicketsSold < 0 || numberOfTicketsSold > 100) {
      throw new IllegalArgumentException("# Tix sold must == 1..100");
    }

    return new BigDecimal(TICKET_PRICE * numberOfTicketsSold);
  }
}

TicketRevenue 클래스는 이제 더 컴팩트해졌고 동시에 모든 테스트를 통과하게 되었습니다. red-green-refactor 주기를 따라 기능 구현을 완료하였고 이제 다른 비즈니스 로직 구현을 시작해도 됩니다. 놓친 경계 케이스(엣지 케이스, edge case)들이 있다면 현재 작업한 코드에 대해서 주기를 다시 진행해도 됩니다. (e.g. 티켓 가격이 고정이 아닐 경우)


다음 글에서는 테스트 대에 대해서 이어서 정리한다.