用Python测试API的三种方式

在这个教程中，你将学到如何对执行 HTTP 请求代码的进行单元测试。也就是说，你将看到用 Python 对 API 进行单元测试的艺术。

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单元测试是指对单个行为的测试。在测试中，一个众所周知的经验法则就是隔离那些需要外部依赖的代码。

比如，当测试一段执行 HTTP 请求的代码时，建议在测试过程中，把真正的调用替换成一个假的的调用。这种情况下，每次运行测试的时候，就可以对它进行单元测试，而不需要执行一个真正的 HTTP 请求。

问题就是，怎样才能隔离这些代码？

这就是我希望在这篇博文中回答的问题！我不仅会向你展示如果去做，而且也会权衡不同方法之间的优点和缺点。

要求：

  • ​​Python 3.8​​
  • pytest-mock
  • requests
  • flask
  • responses
  • ​​VCR.py​​

使用一个天气状况 REST API 的演示程序

为了更好的解决这个问题，假设你正在创建一个天气状况的应用。这个应用使用第三方天气状况 REST API 来检索一个城市的天气信息。其中一个需求是生成一个简单的 HTML 页面，像下面这个图片：

伦敦的天气，OpenWeatherMap。图片是作者自己制作的。

为了获得天气的信息，必须得去某个地方找。幸运的是，通过 ​​OpenWeatherMap​​ 的 REST API 服务，可以获得一切需要的信息。

好的，很棒，但是我该怎么用呢？

通过发送一个 ​​GET​​​ 请求到：​​https://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q={city_name}&appid={api_key}&units=metric​​，就可以获得你所需要的所有东西。在这个教程中，我会把城市名字设置成一个参数，并确定使用公制单位。

检索数据

使用 ​​requests​​ 模块来检索天气数据。你可以创建一个接收城市名字作为参数的函数，然后返回一个 JSON。JSON 包含温度、天气状况的描述、日出和日落时间等数据。

下面的例子演示了这样一个函数：

    def find_weather_for(city: str) -> dict:
        """Queries the weather API and returns the weather data for a particular city."""
        url = API.format(city_name=city, api_key=API_KEY)
        resp = requests.get(url)
        return resp.json()

这个 URL 是由两个全局变量构成：

    BASE_URL = "https://api.openweathermap.org/data/2.5/weather"
    API = BASE_URL + "?q={city_name}&appid={api_key}&units=metric"

API 以这个格式返回了一个 JSON：

    {
      "coord": {
        "lon": -0.13,
        "lat": 51.51
      },
      "weather": [
        {
          "id": 800,
          "main": "Clear",
          "description": "clear sky",
          "icon": "01d"
        }
      ],
      "base": "stations",
      "main": {
        "temp": 16.53,
        "feels_like": 15.52,
        "temp_min": 15,
        "temp_max": 17.78,
        "pressure": 1023,
        "humidity": 72
      },
      "visibility": 10000,
      "wind": {
        "speed": 2.1,
        "deg": 40
      },
      "clouds": {
        "all": 0
      },
      "dt": 1600420164,
      "sys": {
        "type": 1,
        "id": 1414,
        "country": "GB",
        "sunrise": 1600407646,
        "sunset": 1600452509
      },
      "timezone": 3600,
      "id": 2643743,
      "name": "London",
      "cod": 200

当调用 ​​resp.json()​​​ 的时候，数据是以 Python 字典的形式返回的。为了封装所有细节，可以用 ​​dataclass​​​ 来表示它们。这个类有一个工厂方法，可以获得这个字典并且返回一个 ​​WeatherInfo​​ 实例。

这种办法很好，因为可以保持这种表示方法的稳定。比如，如果 API 改变了 JSON 的结构，就可以在同一个地方（​​from_dict​​​ 方法中）修改逻辑。其他代码不会受影响。你也可以从不同的源获得信息，然后把它们都整合到 ​​from_dict​​ 方法中。

    @dataclass
    class WeatherInfo:
        temp: float
        sunset: str
        sunrise: str
        temp_min: float
        temp_max: float
        desc: str
        @classmethod
        def from_dict(cls, data: dict) -> "WeatherInfo":
            return cls(
                temp=data["main"]["temp"],
                temp_min=data["main"]["temp_min"],
                temp_max=data["main"]["temp_max"],
                desc=data["weather"][0]["main"],
                sunset=format_date(data["sys"]["sunset"]),
                sunrise=format_date(data["sys"]["sunrise"]),
            )

现在来创建一个叫做 ​​retrieve_weather​​​ 的函数。使用这个函数调用 API，然后返回一个 ​​WeatherInfo​​，这样就可创建你自己的 HTML 页面。

    def retrieve_weather(city: str) -> WeatherInfo:
        """Finds the weather for a city and returns a WeatherInfo instance."""
        data = find_weather_for(city)
        return WeatherInfo.from_dict(data)

很好，我们的 app 现在有一些基础了。在继续之前，对这些函数进行单元测试。

1、使用 mock 测试 API

​​根据维基百科​​​，模拟对象mock object是通过模仿真实对象来模拟它行为的一个对象。在 Python 中，你可以使用 ​​unittest.mock​​​ 库来模拟mock任何对象，这个库是标准库中的一部分。为了测试 ​​retrieve_weather​​​ 函数，可以模拟 ​​requests.get​​，然后返回静态数据。

pytest-mock

在这个教程中，会使用 ​​pytest​​​ 作为测试框架。通过插件，​​pytest​​​ 库是非常具有扩展性的。为了完成我们的模拟目标，要用 ​​pytest-mock​​​。这个插件抽象化了大量 ​​unittest.mock​​​ 中的设置，也会让你的代码更简洁。如果你感兴趣的话，我在 ​​另一篇博文中​​ 会有更多的讨论。

好的，言归正传，现在看代码。

下面是一个 ​​retrieve_weather​​​ 函数的完整测试用例。这个测试使用了两个 ​​fixture​​​：一个是由 ​​pytest-mock​​​ 插件提供的 ​​mocker​​ fixture, 还有一个是我们自己的。就是从之前请求中保存的静态数据。

    @pytest.fixture()
    def fake_weather_info():
        """Fixture that returns a static weather data."""
        with open("tests/resources/weather.json") as f:
            return json.load(f)
    def test_retrieve_weather_using_mocks(mocker, fake_weather_info):
        """Given a city name, test that a HTML report about the weather is generated
        correctly."""
        # Creates a fake requests response object
        fake_resp = mocker.Mock()
        # Mock the json method to return the static weather data
        fake_resp.json = mocker.Mock(return_value=fake_weather_info)
        # Mock the status code
        fake_resp.status_code = HTTPStatus.OK
        mocker.patch("weather_app.requests.get", return_value=fake_resp)
        weather_info = retrieve_weather(city="London")
        assert weather_info == WeatherInfo.from_dict(fake_weather_info)

如果运行这个测试，会获得下面的输出：

    ============================= test session starts ==============================
    ...[omitted]...
    tests/test_weather_app.py::test_retrieve_weather_using_mocks PASSED      [100%]
    ============================== 1 passed in 0.20s ===============================
    Process finished with exit code 0

很好，测试通过了！但是...生活并非一帆风顺。这个测试有优点，也有缺点。现在来看一下。

优点

好的，有一个之前讨论过的优点就是，通过模拟 API 的返回值，测试变得简单了。将通信和 API 隔离，这样测试就可以预测了。这样总会返回你需要的东西。

缺点

对于缺点，问题就是，如果不再想用 ​​requests​​​ 了，并且决定回到标准库的 ​​urllib​​​，怎么办。每次改变 ​​find_weather_for​​ 的代码，都得去适配测试。好的测试是，当你修改代码实现的时候，测试时不需要改变的。所以，通过模拟，你最终把测试和实现耦合在了一起。

而且，另一个不好的方面是你需要在调用函数之前进行大量设置——至少是三行代码。

    ...
        # Creates a fake requests response object
        fake_resp = mocker.Mock()
        # Mock the json method to return the static weather data
        fake_resp.json = mocker.Mock(return_value=fake_weather_info)
        # Mock the status code
        fake_resp.status_code = HTTPStatus.OK
    ...

我可以做的更好吗？

是的，请继续看。我现在看看怎么改进一点。

使用 responses

用 ​​mocker​​​ 功能模拟 ​​requests​​​ 有点问题，就是有很多设置。避免这个问题的一个好办法就是使用一个库，可以拦截 ​​requests​​​ 调用并且给它们 打补丁patch。有不止一个库可以做这件事，但是对我来说最简单的是 ​​responses​​​。我们来看一下怎么用，并且替换 ​​mock​​。

    @responses.activate
    def test_retrieve_weather_using_responses(fake_weather_info):
        """Given a city name, test that a HTML report about the weather is generated
        correctly."""
        api_uri = API.format(city_name="London", api_key=API_KEY)
        responses.add(responses.GET, api_uri, json=fake_weather_info, status=HTTPStatus.OK)
        weather_info = retrieve_weather(city="London")
        assert weather_info == WeatherInfo.from_dict(fake_weather_info)

这个函数再次使用了我们的 ​​fake_weather_info​​ fixture。

然后运行测试：

    ============================= test session starts ==============================
    ...
    tests/test_weather_app.py::test_retrieve_weather_using_responses PASSED  [100%]
    ============================== 1 passed in 0.19s ===============================

非常好！测试也通过了。但是...并不是那么棒。

优点

使用诸如 ​​responses​​​ 这样的库，好的方面就是不需要再给 ​​requests​​ 打补丁patch。通过将这层抽象交给库，可以减少一些设置。然而，如果你没注意到的话，还是有一些问题。

缺点

和 ​​unittest.mock​​​ 很像，测试和实现再一次耦合了。如果替换 ​​requests​​，测试就不能用了。

2、使用适配器测试 API

如果用模拟让测试耦合了，我能做什么？

设想下面的场景：假如说你不能再用 ​​requests​​​ 了，而且必须要用 ​​urllib​​​ 替换，因为这是 Python 自带的。不仅仅是这样，你了解了不要把测试代码和实现耦合，并且你想今后都避免这种情况。你想替换 ​​urllib​​，也不想重写测试了。

事实证明，你可以抽象出执行 ​​GET​​ 请求的代码。

真的吗？怎么做？

可以使用适配器adapter来抽象它。适配器是一种用来封装其他类的接口，并作为新接口暴露出来的一种设计模式。用这种方式，就可以修改适配器而不需要修改代码了。比如，在 ​​find_weather_for​​​ 函数中，封装关于 ​​requests​​ 的所有细节，然后把这部分暴露给只接受 URL 的函数。

所以，这个：

    def find_weather_for(city: str) -> dict:
        """Queries the weather API and returns the weather data for a particular city."""
        url = API.format(city_name=city, api_key=API_KEY)
        resp = requests.get(url)
        return resp.json()

变成这样：

    def find_weather_for(city: str) -> dict:
        """Queries the weather API and returns the weather data for a particular city."""
        url = API.format(city_name=city, api_key=API_KEY)
        return adapter(url)

然后适配器变成这样：

    def requests_adapter(url: str) -> dict:
        resp = requests.get(url)
        return resp.json()

现在到了重构 ​​retrieve_weather​​ 函数的时候：

    def retrieve_weather(city: str) -> WeatherInfo:
        """Finds the weather for a city and returns a WeatherInfo instance."""
        data = find_weather_for(city, adapter=requests_adapter)
        return WeatherInfo.from_dict(data)

所以，如果你决定改为使用 ​​urllib​​ 的实现，只要换一下适配器：

    def urllib_adapter(url: str) -> dict:
        """An adapter that encapsulates urllib.urlopen"""
        with urllib.request.urlopen(url) as response:
            resp = response.read()
        return json.loads(resp)
    def retrieve_weather(city: str) -> WeatherInfo:
        """Finds the weather for a city and returns a WeatherInfo instance."""
        data = find_weather_for(city, adapter=urllib_adapter)
        return WeatherInfo.from_dict(data)

好的，那测试怎么做？

为了测试 ​​retrieve_weather​​, 只要创建一个在测试过程中使用的假的适配器：

    @responses.activate
    def test_retrieve_weather_using_adapter(
        fake_weather_info,
    ):
        def fake_adapter(url: str):
            return fake_weather_info
        weather_info = retrieve_weather(city="London", adapter=fake_adapter)
        assert weather_info == WeatherInfo.from_dict(fake_weather_info)

如果运行测试，会获得：

    ============================= test session starts ==============================
    tests/test_weather_app.py::test_retrieve_weather_using_adapter PASSED    [100%]
    ============================== 1 passed in 0.22s ===============================

优点

这个方法的优点是可以成功将测试和实现解耦。使用​​依赖注入​​dependency injection在测试期间注入一个假的适配器。你也可以在任何时候更换适配器，包括在运行时。这些事情都不会改变任何行为。

缺点

缺点就是，因为你在测试中用了假的适配器，如果在实现中往适配器中引入了一个 bug，测试的时候就不会发现。比如说，往 ​​requests​​ 传入了一个有问题的参数，像这样：

    def requests_adapter(url: str) -> dict:
        resp = requests.get(url, headers=)
        return resp.json()

在生产环境中，适配器会有问题，而且单元测试没办法发现。但是事实是，之前的方法也会有同样的问题。这就是为什么不仅要单元测试，并且总是要集成测试。也就是说，要考虑另一个选项。

3、使用 VCR.py 测试 API

现在终于到了讨论我们最后一个选项了。诚实地说，我也是最近才发现这个。我用模拟mock也很长时间了，而且总是有一些问题。​​VCR.py​​ 是一个库，它可以简化很多 HTTP 请求的测试。

它的工作原理是将第一次运行测试的 HTTP 交互记录为一个 YAML 文件，叫做 ​​cassette​​​。请求和响应都会被序列化。当第二次运行测试的时候，​​VCT.py​​ 将拦截对请求的调用，并且返回一个响应。

现在看一下下面如何使用 ​​VCR.py​​​ 测试 ​​retrieve_weather​​：

    @vcr.use_cassette()
    def test_retrieve_weather_using_vcr(fake_weather_info):
        weather_info = retrieve_weather(city="London")
        assert weather_info == WeatherInfo.from_dict(fake_weather_info)

天呐，就这样？没有设置？​​@vcr.use_cassette()​​ 是什么？

是的，就这样！没有设置，只要一个 ​​pytest​​ 标注告诉 VCR 去拦截调用，然后保存 cassette 文件。

cassette 文件是什么样？

好问题。这个文件里有很多东西。这是因为 VCR 保存了交互中的所有细节。

    interactions:
    - request:
        body: null
        headers:
          Accept:
          - '*/*'
          Accept-Encoding:
          - gzip, deflate
          Connection:
          - keep-alive
          User-Agent:
          - python-requests/2.24.0
        method: GET
        uri: https://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q=London&appid=&units=metric
      response:
        body:
          string: '{"coord":{"lon":-0.13,"lat":51.51},"weather":[{"id":800,"main":"Clear","description":"clearsky","icon":"01d"}],"base":"stations","main":{"temp":16.53,"feels_like":15.52,"temp_min":15,"temp_max":17.78,"pressure":1023,"humidity":72},"visibility":10000,"wind":{"speed":2.1,"deg":40},"clouds":{"all":0},"dt":1600420164,"sys":{"type":1,"id":1414,"country":"GB","sunrise":1600407646,"sunset":1600452509},"timezone":3600,"id":2643743,"name":"London","cod":200}'
        headers:
          Access-Control-Allow-Credentials:
          - 'true'
          Access-Control-Allow-Methods:
          - GET, POST
          Access-Control-Allow-Origin:
          - '*'
          Connection:
          - keep-alive
          Content-Length:
          - '454'
          Content-Type:
          - application/json; charset=utf-8
          Date:
          - Fri, 18 Sep 2020 10:53:25 GMT
          Server:
          - openresty
          X-Cache-Key:
          - /data/2.5/weather?q=london&units=metric
        status:
          code: 200
          message: OK
    version: 1

确实很多！

真的！好的方面就是你不需要留意它。​​VCR.py​​ 会为你安排好一切。

优点

现在看一下优点，我可以至少列出五个：

  • 没有设置代码。
  • 测试仍然是分离的，所以很快。
  • 测试是确定的。
  • 如果你改了请求，比如说用了错误的 header，测试会失败。
  • 没有与代码实现耦合，所以你可以换适配器，而且测试会通过。唯一有关系的东西就是请求必须是一样的。

缺点

再与模拟相比较，除了避免了错误，还是有一些问题。

如果 API 提供者出于某种原因修改了数据格式，测试仍然会通过。幸运的是，这种情况并不经常发生，而且在这种重大改变之前，API 提供者通常会给他们的 API 提供不同版本。

另一个需要考虑的事情是就地in place端到端end-to-end测试。每次服务器运行的时候，这些测试都会调用。顾名思义，这是一个范围更广、更慢的测试。它们会比单元测试覆盖更多。事实上，并不是每个项目都需要使用它们。所以，就我看来，​​VCR.py​​ 对于大多数人的需求来说都绰绰有余。

总结

就这么多了。我希望今天你了解了一些有用的东西。测试 API 客户端应用可能会有点吓人。然而，当武装了合适的工具和知识，你就可以驯服这个野兽。

在 ​​我的 Github​​ 上可以找到这个完整的应用。

文章名称：用Python测试API的三种方式
网页链接：http://www.shufengxianlan.com/qtweb/news48/2998.html

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