异步及时间函数与测试框架Jest的故事
本帖最后由 草帽路飞UU 于 2022-9-13 17:03 编辑异步支持
在前端开发中，我们会遇到很多异步代码，那么就需要测试框架对异步必须支持，那如何支持呢？
Jest支持异步有两种方式：回调函数及 promise(async/await)。
回调函数 callback
const fetchUser = (cb) => {
setTimeout(() => {
cb('hello')
}, 100)
}
// 必须要使用done，done表示执行done函数后，测试结束。如果没有done，同步代码执行完后，测试就执行完了，测试不会等待异步代码。
test('test callback', (done) => {
fetchUser((data) => {
expect(data).toBe('hello')
done()
})
可是话说回来，setTimeout本质上不也是用一个 "小本本"记录这些callback，然后在1000ms后执行的么？
那么，我们可以提出这样一个猜想：调用jest.useFakeTimers时，setTimeout并没有把callback记录到setTimeout的 "小本本" 上，而是记在了 Jest 的 "小本本" 上！
所以，callback执行的时机也从 "1000ms后" 变成了 Jest 执行 "小本本" 之时 。而 Jest 提供给我们的就是执行这个 "小本本" 的时机就是执行runAllTimers的时机。
典型案例
学过Java的同学都知道 Java 有一个sleep方法，可以让程序睡上个几秒再继续做别的。虽然 JavaScript 没有这个函数， 但我们可以利用Promise以及setTimeout来实现类似的效果。
const sleep = (ms: number) => {
return new Promise(resolve => {
setTimeout(resolve, ms);
})
}
})
需要注意的是，必须使用 done 来告诉测试用例什么时候结束，即执行 done() 之后测试用例才结束。
promise
const userPromise = () => Promise.resolve('hello')
test('test promise', () => {
// 必须要用return返回出去，否则测试会提早结束，也不会进入到异步代码里面进行测试
return userPromise().then(data => {
expect(data).toBe('hello')
})
})
// async
test('test async', async () => {
const data = await userPromise()
expect(data).toBe('hello')
})
针对 promise，Jest 框架提供了一种简化的写法，即 expect 的resolves和rejects表示返回的结果：
const userPromise = () => Promise.resolve('hello')
test('test with resolve', () => {
return expect(userPromise()).resolves.toBe('hello')
})
const rejectPromise = () => Promise.reject('error')
test('test with reject', () => {
return expect(rejectPromise()).rejects.toBe('error')
})
Mock Timer
基本使用
假如现在有一个函数 src/utils/after1000ms.ts，它的作用是在 1000ms 后执行传入的 callback：
const after1000ms = (callback) => {
console.log("准备计时");
setTimeout(() => {
console.log("午时已到");
callback && callback();
}, 1000);
};
如果不 Mock 时间，那么我们就得写这样的用例：
describe("after1000ms", () => {
it("可以在 1000ms 后自动执行函数", (done) => {
after1000ms(() => {
expect(...);
done();
});
});
});
这样我们得死等 1000 毫秒才能跑这完这个用例，这非常不合理，现在来看看官方的解决方法：
const fetchUser = (cb) => {
setTimeout(() => {
cb('hello')
}, 1000)
}
// jest用来接管所有的时间函数
jest.useFakeTimers()
jest.spyOn(global, 'setTimeout')
test('test callback after one second', () => {
const callback = jest.fn()
fetchUser(callback)
expect(callback).not.toHaveBeenCalled()
// setTimeout被调用了，因为被jest接管了
expect(setTimeout).toHaveBeenCalledTimes(1)
expect(setTimeout).toHaveBeenLastCalledWith(expect.any(Function), 1000)
// 跑完所有的时间函数
jest.runAllTimers()
expect(callback).toHaveBeenCalled()
expect(callback).toHaveBeenCalledWith('hello')
})
runAllTimers是对所有的timer的进行执行，但是我们如果需要更细粒度的控制，可以使用 runOnlyPendingTimers:
const loopFetchUser = (cb: any) => {
setTimeout(() => {
cb('one')
setTimeout(() => {
cb('two')
}, 2000)
}, 1000)
}
jest.useFakeTimers()
jest.spyOn(global, 'setTimeout')
test('test callback in loop', () => {
const callback = jest.fn()
loopFetchUser(callback)
expect(callback).not.toHaveBeenCalled()
// jest.runAllTimers()
// expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(2)
// 第一次时间函数调用完的时机
jest.runOnlyPendingTimers()
expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(1)
expect(callback).toHaveBeenCalledWith('one')
// 第二次时间函数调用
jest.runOnlyPendingTimers()
expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(2)
expect(callback).toHaveBeenCalledWith('two')
})
我们还可以定义时间来控制程序的运行：
// 可以自己定义时间的前进，比如时间过去500ms后，函数调用情况
test('test callback with advance timer', () => {
const callback = jest.fn()
loopFetchUser(callback)
expect(callback).not.toHaveBeenCalled()
jest.advanceTimersByTime(500)
jest.advanceTimersByTime(500)
expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(1)
expect(callback).toHaveBeenCalledWith('one')
jest.advanceTimersByTime(2000)
expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(2)
expect(callback).toHaveBeenCalledWith('two')
})
模拟时钟的机制
Jest 是如何模拟 setTimeout 等时间函数的呢？
我们从上面这个用例多少能猜得出：Jest "好像" 用了一个数组记录callback，然后在jest.runAllTimers时把数组里的callback都执行， 伪代码可能是这样的：
setTimeout(callback) // Mock 的背后 -> callbackList.push(callback)
jest.runAllTimers() // 执行 -> callbackList.forEach(callback => callback())
理论上，我们会这么用：
console.log('开始'); // 准备
await sleep(1000); // 睡 1 秒
console.log('结束'); // 睡醒
在写测试时，我们可以写一个 act 内部函数来构造这样的使用场景：
import sleep from "utils/sleep";
describe('sleep', () => {
beforeAll(() => {
jest.useFakeTimers()
jest.spyOn(global, 'setTimeout')
})
it('可以睡眠 1000ms', async () => {
const callback = jest.fn();
const act = async () => {
await sleep(1000)
callback();
}
act()
expect(callback).not.toHaveBeenCalled();
jest.runAllTimers();
expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(1);
})
})
问题分析
这就涉及到 javascript 的事件循环机制了。
首先来复习下 async / await， 它是 Promise 的语法糖，async 会返回一个 Promise，而 await 则会把剩下的代码包裹在 then 的回调里，比如：
await hello()
console.log(1)
// 等同于
hello().then(() => {
console.log(1)
})
重点：await后面的代码相当于放在promise.then的回调中
这里用了useFakeTimers，所以setTimeout会替换成了 Jest 的setTimeout(被 Jest 接管)。当执行 jest.runAllTimers()后，也就是执行resolve：
const sleep = (ms: number) => {
return new Promise(resolve => {
setTimeout(resolve, ms);
})
}
此时会把 await后面的代码推入到微任务队列中。
然后继续执行本次宏任务中的代码，即expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(1)，这时候callback肯定没有执行。本次宏任务执行完后，开始执行微任务队列中的任务，即执行callback。
解决方法
describe('sleep', () => {
beforeAll(() => {
jest.useFakeTimers()
jest.spyOn(global, 'setTimeout')
})
it('可以睡眠 1000ms', async () => {
const callback = jest.fn()
const act = async () => {
await sleep(1000）
callback()
}
const promise = act()
expect(callback).not.toHaveBeenCalled()
jest.runAllTimers()
await promise
expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(1)
})
})
async函数会返回一个promise，我们在promise前面加一个await，那么后面的代码就相当于：
await promise
expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(1)
等价于
promise.then(() => {
expect(callback).toHaveBeenCalledTimes(1)
})
所以，这个时候就能正确的测试。
总结
Jest 对于异步的支持有两种方式：回调函数和promise。其中回调函数执行后，后面必须执行done函数，表示此时测试才结束。同理，promise的方式必须要通过return返回。
Jest 对时间函数的支持是接管真正的时间函数，把回调函数添加到一个数组中，当调用runAllTimers()时就执行数组中的回调函数。
最后通过一个典型案例，结合异步和setTimeout来实践真实的测试。
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