Spring Boot 测试：单元、集成与契约测试全解析

一、Spring Boot 分层测试策略

Spring Boot 应用采用经典的分层架构，不同层级的功能模块对应不同的测试策略，以确保代码质量和系统稳定性。

Spring Boot 分层架构：

 Spring Boot分层架构    
 A[客户端] -->|HTTP 请求| B[Controller 层]   
 B -->|调用| C[Service 层]    
 C -->|调用| D[Repository 层]  
 D -->|操作| E[数据库]   
 E -->|调用| F[外部服务接口]

分层测试策略：

测试策略核心原则：

•单元测试 (UT)

隔离验证单模块逻辑（Controller、Service、Repository）。

价值：快速反馈，精准定位代码缺陷。

•集成测试 (IT)

垂直集成测试（应用内全链路）与水平集成测试（跨服务交互）

价值：保证生产环境行为一致性。

•契约测试 (CT)

保障跨服务接口一致性，与水平集成测试互补。

价值：防止接口“暗坑”，提升协作效率。

二、单元测试：逐层击破，精准验证

单元测试专注于验证单一模块的逻辑，通过模拟其依赖项，快速获取反馈。

2.1 Controller 层：HTTP接口的靶向验证

测试目标： REST API 接口的独立测试，隔离业务逻辑与外部依赖。

测试工具：

•@WebMvcTest：轻量级切片测试，仅加载 Controller 层相关 Bean。

•MockMvc：模拟 HTTP 请求与响应，支持链式断言。

•@MockBean：Mock 依赖的 Service 层组件，隔离Service层依赖。

实战示例：

@WebMvcTest(UserController.class) //只加载UserController进行测试。
public class UserControllerTest {

    @Autowired
    private MockMvc mockMvc;

    //模拟UserService，用于提供预定义的行为。
    @MockBean
    private UserService userService;

    @Test
    void getUserById_Returns200() throws Exception {
        // 模拟 Service 层返回
        when(userService.findById(1L)).thenReturn(new User(1L, "Test"));

        // 发起请求并断言
        mockMvc.perform(get("/users/1"))
               .andExpect(status().isOk())
               .andExpect(jsonPath("$.name").value("Test"));
    }
}

1.代码解析

•1L - 代表Long类型的 ID，符合User实体类的定义。

•/users/1 -为 HTTP 请求中的路径参数，Spring 会自动将其转换为Long类型。

•测试逻辑 -通过模拟UserService返回固定的数据，验证 Controller 层的输入输出行为。

2.注解解析

@WebMvcTest

•专注于Web 层的单元测试。只加载 Web 层相关的 Bean，如MockMvc。

•@WebMvcTest(UserController.class)，表示只加载UserController进行测试。

@MockBean

•模拟服务层或其他依赖，避免与外部服务实际交互。

@Test

•标识一个单元测试方法。JUnit 会自动执行标记的方法，并报告结果。

MockMvc

•模拟 HTTP 请求并测试 Controller 行为及断言结果。

2.2 Service 层：业务逻辑深度验证

测试目标：验证业务规则的正确性、事务管理的行为符合预期。

测试工具：

@MockBean + @SpringBootTest（轻量模式）

@MockBean模拟数据库操作,结合@SpringBootTest提供的 Spring 应用上下文，进行Service层单元测试。

实战示例：

@SpringBootTest  // 启动一个完整的 Spring 应用上下文
public class UserServiceTest {

    // 自动注入 UserService 实例
    @Autowired private UserService userService;
    
    // 创建一个模拟的 UserRepository Bean，替代真实的数据库操作
    @MockBean
    private UserRepository userRepository;
    
    @Test
    void createUser_ValidInput_ReturnsUser() {
        // 1. 准备测试数据
        User user = new User("SpringBot");
        when(userRepository.save(user)).thenReturn(user);
        // 2. 调用业务方法
        User result = userService.createUser(user);
        // 3. 验证业务逻辑
        assertThat(result.getName()).isEqualTo("SpringBot");
        verify(userRepository).save(user); // 验证 Repository 方法被调用
    }
    @Test
    void createUser_NullName_ThrowsException() {
        // 验证业务规则：用户名为空时抛出异常
        User user = new User(null);
        assertThatThrownBy(() -> userService.createUser(user))
            .isInstanceOf(IllegalArgumentException.class)
            .hasMessage("用户名不能为空");
    }
}

代码解析：

•@SpringBootTest

启动 Spring Boot类似真实的测试环境，加载整个应用上下文。通常用于集成测试。

与其他注解结合使用时，可用于单元测试。如结合@Autowired自动注入 Bean，或者@MockBean模拟服务进行单元测试。

•@Autowired

自动注入userService，用于测试业务逻辑。

•@MockBean

创建一个模拟的userRepository，替代真实的数据库操作。

2.3 Repository 层：数据操作基础校验

测试目标：验证JPA实体映射、基础查询逻辑。

工具：@DataJpaTest 默认使用内存数据库H2。

实战示例：

@DataJpaTest  // 启动 JPA 相关的测试环境，通常用于测试 Repository 层

public class UserRepositoryTest {

    @Autowired private TestEntityManager entityManager;  // 用于与数据库进行交互，执行持久化操作

    @Autowired private UserRepository userRepository;  // 自动注入 UserRepository，用于测试数据访问方法

    @Test  // 标记为测试方法
    void findByEmail_ExistingEmail_ReturnsUser() {

        // 创建一个用户对象并持久化到数据库
        User user = new User("test@example.com");
        entityManager.persist(user);

        // 调用 UserRepository 方法，根据 email 查找用户
        User found = userRepository.findByEmail("test@example.com");

        // 断言返回的用户对象不为 null
        assertThat(found).isNotNull();

    }

}

关键点：

•TestEntityManager 手动管理测试数据。

•默认隔离真实数据库，确保快速执行。

单元测试的优势：

•快速执行，约 50 毫秒/测试。

•精准定位问题。

三、集成测试：全链路一致性保证

3.1 垂直集成测试（应用内全链路）

测试目标：验证应用内各层的完整调用链。

工具组合：

•@SpringBootTest：启动 Spring Boot 应用测试环境，进行全链路集成测试。

•@Testcontainers：通过 Docker 启动真实数据库容器（如 PostgreSQL）。

•@AutoConfigureMockMvc：自动配置MockMvc，用于模拟 HTTP 请求。

•@Container：定义 Testcontainers 容器，启动真实数据库实例。

•OrderRepository：验证数据是否已保存至数据库。

代码示例：

@SpringBootTest
@AutoConfigureMockMvc
@Testcontainers
public class OrderIntegrationTest {

    @Autowired
    private MockMvc mockMvc; // 模拟 HTTP 请求

    @Autowired
    private OrderRepository orderRepository;  // 注入 Repository 层以验证数据库

    @Container
    public static PostgreSQLContainer postgres = new PostgreSQLContainer("postgres:latest")
            .withDatabaseName("testdb")
            .withUsername("test")
            .withPassword("password");

    @Test
    void createOrder_ValidRequest_OrderIsSaved() throws Exception {
        // 发送请求创建订单
        mockMvc.perform(post("/orders")
               .contentType(MediaType.APPLICATION_JSON)
               .content("{ \"productId\": 1 }"))
               .andExpect(status().isCreated());

        // 验证数据库中是否有保存的订单
        Order order = orderRepository.findByProductId(1);
        assertThat(order).isNotNull();
        assertThat(order.getProductId()).isEqualTo(1);
    }
}

3.2 水平集成测试（跨服务交互）

测试目标：验证与外部服务的真实交互（如支付网关），确保跨服务的协议兼容性。

工具组合：

•@SpringBootTest

•@Testcontainers：启动模拟的外部服务容器（如 WireMock）。

•WireMockServer：模拟外部服务的响应，进行服务间的交互测试。

•@BeforeAll / @AfterAll：在测试执行前后配置和清理模拟服务。

代码示例：

@SpringBootTest
@Testcontainers
public class PaymentServiceIntegrationTest {

    @Autowired
    private PaymentService paymentService;

    @Container
    public static WireMockServer wireMockServer = new WireMockServer(options().port(8089));  // 设置外部服务模拟

    @BeforeAll
    static void setup() {
        wireMockServer.start();
        configureFor("localhost", 8089);
        stubFor(post(urlEqualTo("/payment"))
                .willReturn(aResponse()
                        .withStatus(200)
                        .withBody("{\"status\": \"success\"}")));
    }

    @AfterAll
    static void teardown() {
        wireMockServer.stop();
    }

    @Test
    void processPayment_ValidRequest_ReturnsSuccess() {
        // 模拟支付服务调用
        PaymentRequest paymentRequest = new PaymentRequest(1, 100);
        PaymentResponse response = paymentService.processPayment(paymentRequest);

        // 验证支付处理是否成功
        assertThat(response.getStatus()).isEqualTo("success");
    }
}

解析：

•WireMockServer：模拟外部支付服务。

•PaymentService：调用外部支付服务并验证支付结果。

3.3 持久层的集成测试

测试目标：验证应用与真实数据库、中间件的交互逻辑。

工具组合：

•Testcontainers：启动真实数据库（如MySQL、PostgreSQL）。

•@DynamicPropertySource：动态注入测试环境配置。

•@DataJpaTest：聚焦 JPA 层测试，自动配置 H2 或真实数据库。

实战示例：

@Testcontainers  // 启动容器化的数据库实例（这里使用 PostgreSQL）
@DataJpaTest  // 启动 JPA 测试环境,只加载与 JPA 相关的配置。
@AutoConfigureTestDatabase(replace = NONE)  // 禁用 Spring Boot 默认的内存数据库配置，使用实际的 PostgreSQL 容器

public class UserRepositoryIntegrationTest {

    @Container
    static PostgreSQLContainer<?> postgres = new PostgreSQLContainer<>("postgres:15");  // 启动 PostgreSQL 容器，使用官方 15 版本

    @DynamicPropertySource  // 动态配置数据库连接属性
    static void configure(DynamicPropertyRegistry registry) {
        registry.add("spring.datasource.url", postgres::getJdbcUrl);  // 配置数据库连接 URL
        registry.add("spring.datasource.username", postgres::getUsername);  // 配置数据库用户名
        registry.add("spring.datasource.password", postgres::getPassword);  // 配置数据库密码
    }

    @Test 
    void saveUser_PersistsToRealDatabase() {

        // 创建用户并保存到数据库
        User user = new User("IntegrationTest");
        userRepository.save(user);

        // 断言数据库中保存的用户数量为 1
        assertThat(userRepository.findAll()).hasSize(1);
    }
}

1.注解解析：

@DataJpaTest

•专注于 JPA 层（JPA repository 或数据访问层操作）的测试，自动配置一个嵌入式数据库并扫描@Entity类。

@AutoConfigureTestDatabase(replace = NONE)

•禁用默认的嵌入式数据库（如 H2），使用外部数据库（如 PostgreSQL容器）进行测试。

@Container

•标记一个静态的、全局共享的容器实例，为测试提供服务。

@DynamicPropertySource

•动态配置 Spring 环境的属性，常用于设置容器生成的数据库连接信息。

优势：真实数据库行为模拟，避免H2与生产数据库的差异问题。

四、契约测试：消费者驱动的接口保卫者

契约测试（Consumer-Driven Contract,CDC）用于确保服务提供者与消费者对接口的理解一致，防止因接口变更引发故障。

4.1 核心流程

participant Consumer as 消费者
participant PactBroker as Pact Broker
participant Provider as 提供者

Consumer->>PactBroker: 1. 定义并发布契约
PactBroker->>Provider: 2. 通知契约变更
Provider->>PactBroker: 3. 验证实现是否符合契约
PactBroker->>Consumer: 4. 反馈验证结果

4.2 技术组合

•Pact：定义消费者期望的接口契约

•@PactTestFor：绑定契约与测试用例

•Pact Broker：集中管理契约版本

4.3 实战示例

1.消费者端定义契约

// OrderService（消费者端）定义契约
@Pact(consumer = "OrderService", provider = "PaymentService")
public RequestResponsePact paymentSuccessPact(PactDslWithProvider builder) {
    return builder
        // 提供者状态：订单已创建，待支付（需在提供者端实现数据准备）
        .given("订单已创建，待支付") 
        // 消费者请求描述
        .uponReceiving("支付订单的请求")
        .method("POST")
        .path("/payments")
        .headers("Content-Type", "application/json") // 必须声明请求头
        .body(new PactDslJsonBody()
            .integerType("orderId", 1001)  // 订单ID为整数类型
            .decimalType("amount", 299.99) // 金额为小数类型
        )
        // 提供者预期响应
        .willRespondWith()
        .status(200)
        .headers(Map.of("Content-Type", "application/json")) // 响应头校验
        .body(new PactDslJsonBody()
            .stringType("status", "SUCCESS") // 状态必须为字符串且值=SUCCESS
            .stringType("transactionId", "TX123456") // 交易ID必须为字符串
        )
        .toPact(); // 生成Pact契约文件
}

2.消费者端基于契约测试

@Test
@PactTestFor(
    pactMethod = "paymentSuccessPact", 
    providerName = "PaymentService", // 指定提供者名称
    pactVersion = PactSpecVersion.V3 // 使用Pact协议V3
)
void testPayment_WhenValidRequest_ReturnsSuccess(MockServer mockServer) {
    // 1. 创建HTTP客户端，指向MockServer（模拟的PaymentService）
    WebClient client = WebClient.create(mockServer.getUrl());

    // 2. 构造请求并发送
    PaymentRequest request = new PaymentRequest(1001, 299.99);
    PaymentResponse response = client.post()
        .uri("/payments")
        .contentType(MediaType.APPLICATION_JSON)
        .bodyValue(request)
        .retrieve()
        .bodyToMono(PaymentResponse.class)
        .block(); // 同步等待响应

    // 3. 断言响应符合契约
    assertThat(response).isNotNull();
    assertThat(response.getStatus()).isEqualTo("SUCCESS");
    assertThat(response.getTransactionId()).isEqualTo("TX123456");
}

3.提供者端验证契约

目标：验证 PaymentService 的实现是否符合消费者定义的契约。

Step1. 提供者端代码实现

// PaymentService（提供者端）的Controller实现
@RestController
public class PaymentController {

    @PostMapping("/payments")
    public ResponseEntity<PaymentResponse> processPayment(
        @RequestBody PaymentRequest request
    ) {
        // 业务逻辑：处理支付请求
        PaymentResponse response = new PaymentResponse();
        response.setStatus("SUCCESS");
        response.setTransactionId("TX" + UUID.randomUUID().toString().substring(0, 6));
        return ResponseEntity.ok(response);
    }
}

Step2. 提供者端 Pact 验证配置（build.gradle）

// 添加Pact验证插件

plugins {
    id "au.com.dius.pact" version "4.6.8"
}

dependencies {
    // Pact提供者端依赖
    testImplementation 'au.com.dius.pact.provider:junit5:4.6.8'
}

// 配置Pact验证任务

pact {
    serviceProviders {
        PaymentService { // 提供者名称（需与契约中的provider一致）
            protocol = 'http'
            host = 'localhost'
            port = 8080 // 本地服务端口

            // 定义契约来源（本地文件或Pact Broker）
            hasPactWith('OrderService') {
                pactSource = file("path/to/OrderService-PaymentService.json")
            }
        }
    }
}

Step3: 提供者端状态准备（State Handler）

// 实现契约中的 given(“订单已创建，待支付”)

public class PaymentStateHandler {
    @BeforeRequest("订单已创建，待支付")
    public void setupOrderState(Map<String, Object> params) {
        // 模拟订单已创建的数据库操作
        Order order = new Order(1001, 299.99);
        orderRepository.save(order);
    }
}

Step4: 提供者端测试类

@Provider("PaymentService") // 声明提供者名称
@PactFolder("pacts") // 契约文件路径
@SpringBootTest(webEnvironment = SpringBootTest.WebEnvironment.DEFINED_PORT)
public class PaymentServiceContractTest {
    @TestTemplate
    @ExtendWith(PactVerificationSpringProvider.class)
    void pactVerificationTestTemplate(PactVerificationContext context) {
        context.verifyInteraction();
    }
    @BeforeEach
    void before(PactVerificationContext context) {
        // 设置服务状态处理器
        context.setTarget(HttpTestTarget.fromUrl(new UrlParser().parse("http://localhost:8080")));
    }
}

Step5: 执行验证命令

# 在提供者端执行验证（确保服务已启动）
./gradlew pactVerify -Dpact.provider.version=1.0.0

4.4.契约测试总结

通过上述步骤，契约测试完整覆盖了消费者与提供者的协作流程：

1.消费者定义契约：明确接口预期行为。

2.消费者本地验证：通过MockServer模拟提供者。

3.提供者实现接口：按契约开发功能。

4.提供者验证契约：确保实现与契约一致。

契约测试优势

•解耦团队协作，契约即文档。

•自动检测接口变更引发的破坏性修改。

五、总结：构建测试体系

5.1 测试策略全景图

Spring Boot分层架构   
 A[客户端] -->|HTTP 请求| B[Controller 层]    
 B -->|调用| C[Service 层]    
 C -->|调用| D[Repository 层]  
 D -->|操作| E[数据库] 
 E -->|调用| F[外部服务接口]   
   
测试策略全景   
单元测试    
B1[Controller 单元测试] -->|@WebMvcTest + MockMvc| B    
C1[Service 单元测试] -->|@MockBean| C    
D1[Repository 单元测试] -->|@DataJpaTest| D

集成测试    
Int1[全链路调用] --> B --> C --> D --> |Testcontainers + 真实数据库| E    
Int2[水平集成测试] --> F


契约测试    
Contract1[消费者契约测试] -->|Pact 定义期望接口+本地验证| F   
Contract2[提供者契约测试] -->|Pact 验证实现| F