Dotnet Testing Advanced Aspnet Integration Testing

ASP.NET Core 整合測試指南

概述

本技能指導如何在 ASP.NET Core 中建立有效的整合測試，使用 WebApplicationFactory<T> 和 TestServer 測試完整的 HTTP 請求/回應流程。

適用場景

• Web API 端點測試：驗證 RESTful API 的 CRUD 操作
• HTTP 請求/回應驗證：測試完整的請求處理管線
• 中介軟體測試：驗證 Authentication、Authorization、Logging 等
• 依賴注入驗證：確保 DI 容器設定正確
• 路由設定驗證：確保 URL 路由正確對應到控制器動作
• 模型繫結測試：驗證請求內容正確繫結到模型

必要套件

<PackageReference Include="Microsoft.AspNetCore.Mvc.Testing" Version="9.0.0" />
<PackageReference Include="xunit" Version="2.9.3" />
<PackageReference Include="xunit.runner.visualstudio" Version="2.8.2" />
<PackageReference Include="AwesomeAssertions" Version="9.1.0" />
<PackageReference Include="AwesomeAssertions.Web" Version="1.9.6" />
<PackageReference Include="System.Net.Http.Json" Version="9.0.8" />

⚠️ 重要提醒：使用 AwesomeAssertions 時，必須安裝 AwesomeAssertions.Web，而非 FluentAssertions.Web。

核心概念

整合測試的兩種定義

定義一：多物件協作測試

將兩個以上的類別做整合，並且測試它們之間的運作是不是正確的，測試案例一定是跨類別物件的

定義二：外部資源整合測試

會使用到外部資源，例如資料庫、外部服務、檔案、需要對測試環境進行特別處理等

為什麼需要整合測試？

• 確保多個模組在整合運作後，能夠正確工作
• 單元測試無法涵蓋的整合點：Routing、Middleware、Request/Response Pipeline
• WebApplication 做了太多的整合與設定，單元測試無法確認到全部
• 確認是否完善異常處理，減少更多問題的發生

測試金字塔定位

原則一：使用 WebApplicationFactory 建立測試環境

基本使用方式

public class BasicIntegrationTest : IClassFixture<WebApplicationFactory<Program>>
{
    private readonly WebApplicationFactory<Program> _factory;

    public BasicIntegrationTest(WebApplicationFactory<Program> factory)
    {
        _factory = factory;
    }

    [Fact]
    public async Task Get_首頁_應回傳成功()
    {
        // Arrange
        var client = _factory.CreateClient();

        // Act
        var response = await client.GetAsync("/");

        // Assert
        response.EnsureSuccessStatusCode();
    }
}

自訂 WebApplicationFactory

public class CustomWebApplicationFactory<TProgram> : WebApplicationFactory<TProgram> 
    where TProgram : class
{
    protected override void ConfigureWebHost(IWebHostBuilder builder)
    {
        builder.ConfigureServices(services =>
        {
            // 移除原本的資料庫設定
            services.RemoveAll(typeof(DbContextOptions<AppDbContext>));
            
            // 加入記憶體資料庫
            services.AddDbContext<AppDbContext>(options =>
            {
                options.UseInMemoryDatabase("TestDatabase");
            });

            // 替換外部服務為測試版本
            services.Replace(ServiceDescriptor.Scoped<IEmailService, TestEmailService>());
        });

        // 設定測試環境
        builder.UseEnvironment("Testing");
    }
}

原則二：使用 AwesomeAssertions.Web 驗證 HTTP 回應

HTTP 狀態碼斷言

response.Should().Be200Ok();          // HTTP 200
response.Should().Be201Created();     // HTTP 201
response.Should().Be204NoContent();   // HTTP 204
response.Should().Be400BadRequest();  // HTTP 400
response.Should().Be404NotFound();    // HTTP 404
response.Should().Be500InternalServerError();  // HTTP 500

Satisfy 強型別驗證

[Fact]
public async Task GetShipper_當貨運商存在_應回傳成功結果()
{
    // Arrange
    await CleanupDatabaseAsync();
    var shipperId = await SeedShipperAsync("順豐速運", "02-2345-6789");

    // Act
    var response = await Client.GetAsync($"/api/shippers/{shipperId}");

    // Assert
    response.Should().Be200Ok()
            .And
            .Satisfy<SuccessResultOutputModel<ShipperOutputModel>>(result =>
            {
                result.Status.Should().Be("Success");
                result.Data.Should().NotBeNull();
                result.Data!.ShipperId.Should().Be(shipperId);
                result.Data.CompanyName.Should().Be("順豐速運");
                result.Data.Phone.Should().Be("02-2345-6789");
            });
}

與傳統方式的比較

// ❌ 傳統方式 - 冗長且容易出錯
response.IsSuccessStatusCode.Should().BeTrue();
var content = await response.Content.ReadAsStringAsync();
var result = JsonSerializer.Deserialize<SuccessResultOutputModel<ShipperOutputModel>>(content,
    new JsonSerializerOptions { PropertyNameCaseInsensitive = true });
result.Should().NotBeNull();
result!.Status.Should().Be("Success");

// ✅ 使用 Satisfy<T> - 簡潔且直觀
response.Should().Be200Ok()
        .And
        .Satisfy<SuccessResultOutputModel<ShipperOutputModel>>(result =>
        {
            result.Status.Should().Be("Success");
            result.Data!.CompanyName.Should().Be("測試公司");
        });

原則三：使用 System.Net.Http.Json 簡化 JSON 操作

PostAsJsonAsync 簡化 POST 請求

// ❌ 傳統方式
var createParameter = new ShipperCreateParameter { CompanyName = "測試公司", Phone = "02-1234-5678" };
var jsonContent = JsonSerializer.Serialize(createParameter);
var content = new StringContent(jsonContent, Encoding.UTF8, "application/json");
var response = await client.PostAsync("/api/shippers", content);

// ✅ 現代化方式
var createParameter = new ShipperCreateParameter { CompanyName = "測試公司", Phone = "02-1234-5678" };
var response = await client.PostAsJsonAsync("/api/shippers", createParameter);

ReadFromJsonAsync 簡化回應讀取

// ❌ 傳統方式
var responseContent = await response.Content.ReadAsStringAsync();
var result = JsonSerializer.Deserialize<SuccessResultOutputModel<ShipperOutputModel>>(responseContent,
    new JsonSerializerOptions { PropertyNameCaseInsensitive = true });

// ✅ 現代化方式
var result = await response.Content.ReadFromJsonAsync<SuccessResultOutputModel<ShipperOutputModel>>();

三個層級的整合測試策略

Level 1：簡單的 WebApi 專案

特色：

• 沒有資料庫、Service 與 Repository 依賴
• 最簡單、基本的 WebApi 網站專案
• 直接使用 WebApplicationFactory<Program> 進行測試

測試重點：

• 各個 API 的輸入輸出驗證
• HTTP 動詞和路由正確性
• 模型綁定和序列化
• 狀態碼和回應格式驗證

public class BasicApiControllerTests : IClassFixture<WebApplicationFactory<Program>>
{
    private readonly HttpClient _client;

    public BasicApiControllerTests(WebApplicationFactory<Program> factory)
    {
        _client = factory.CreateClient();
    }

    [Fact]
    public async Task GetStatus_應回傳OK()
    {
        // Act
        var response = await _client.GetAsync("/api/status");

        // Assert
        response.Should().Be200Ok();
    }
}

Level 2：相依 Service 的 WebApi 專案

特色：

• 沒有資料庫，但有 Service 依賴
• 使用 NSubstitute 建立 Service stub
• 在測試中配置依賴注入

public class ServiceStubWebApplicationFactory : WebApplicationFactory<Program>
{
    private readonly IExampleService _serviceStub;

    public ServiceStubWebApplicationFactory(IExampleService serviceStub)
    {
        _serviceStub = serviceStub;
    }

    protected override void ConfigureWebHost(IWebHostBuilder builder)
    {
        builder.ConfigureTestServices(services =>
        {
            services.RemoveAll<IExampleService>();
            services.AddScoped(_ => _serviceStub);
        });
    }
}

public class ServiceDependentControllerTests
{
    [Fact]
    public async Task GetData_應回傳服務資料()
    {
        // Arrange
        var serviceStub = Substitute.For<IExampleService>();
        serviceStub.GetDataAsync().Returns("測試資料");
        
        var factory = new ServiceStubWebApplicationFactory(serviceStub);
        var client = factory.CreateClient();

        // Act
        var response = await client.GetAsync("/api/data");

        // Assert
        response.Should().Be200Ok();
    }
}

Level 3：完整的 WebApi 專案

特色：

• 完整的 Solution 架構
• 包含真實的資料庫操作
• 使用 InMemory 或真實測試資料庫

public class FullDatabaseWebApplicationFactory : WebApplicationFactory<Program>
{
    protected override void ConfigureWebHost(IWebHostBuilder builder)
    {
        builder.ConfigureServices(services =>
        {
            // 移除原本的資料庫設定
            var descriptor = services.SingleOrDefault(
                d => d.ServiceType == typeof(DbContextOptions<AppDbContext>));
            if (descriptor != null)
            {
                services.Remove(descriptor);
            }

            // 加入記憶體資料庫
            services.AddDbContext<AppDbContext>(options =>
            {
                options.UseInMemoryDatabase("TestDatabase");
            });

            // 建立資料庫並加入測試資料
            var serviceProvider = services.BuildServiceProvider();
            using var scope = serviceProvider.CreateScope();
            var context = scope.ServiceProvider.GetRequiredService<AppDbContext>();
            
            context.Database.EnsureCreated();
        });
    }
}

測試基底類別模式

建立可重用的測試基底類別

public abstract class IntegrationTestBase : IDisposable
{
    protected readonly CustomWebApplicationFactory Factory;
    protected readonly HttpClient Client;

    protected IntegrationTestBase()
    {
        Factory = new CustomWebApplicationFactory();
        Client = Factory.CreateClient();
    }

    protected async Task<int> SeedShipperAsync(string companyName, string phone = "02-12345678")
    {
        using var scope = Factory.Services.CreateScope();
        var context = scope.ServiceProvider.GetRequiredService<AppDbContext>();
        
        var shipper = new Shipper
        {
            CompanyName = companyName,
            Phone = phone,
            CreatedAt = DateTime.UtcNow
        };
        
        context.Shippers.Add(shipper);
        await context.SaveChangesAsync();
        
        return shipper.ShipperId;
    }

    protected async Task CleanupDatabaseAsync()
    {
        using var scope = Factory.Services.CreateScope();
        var context = scope.ServiceProvider.GetRequiredService<AppDbContext>();
        
        context.Shippers.RemoveRange(context.Shippers);
        await context.SaveChangesAsync();
    }

    public void Dispose()
    {
        Client?.Dispose();
        Factory?.Dispose();
    }
}

CRUD 操作測試範例

GET 請求測試

[Fact]
public async Task GetShipper_當貨運商存在_應回傳成功結果()
{
    // Arrange
    await CleanupDatabaseAsync();
    var shipperId = await SeedShipperAsync("順豐速運", "02-2345-6789");

    // Act
    var response = await Client.GetAsync($"/api/shippers/{shipperId}");

    // Assert
    response.Should().Be200Ok()
            .And
            .Satisfy<SuccessResultOutputModel<ShipperOutputModel>>(result =>
            {
                result.Status.Should().Be("Success");
                result.Data!.ShipperId.Should().Be(shipperId);
                result.Data.CompanyName.Should().Be("順豐速運");
            });
}

[Fact]
public async Task GetShipper_當貨運商不存在_應回傳404NotFound()
{
    // Arrange
    var nonExistentShipperId = 9999;

    // Act
    var response = await Client.GetAsync($"/api/shippers/{nonExistentShipperId}");

    // Assert
    response.Should().Be404NotFound();
}

POST 請求測試

[Fact]
public async Task CreateShipper_輸入有效資料_應建立成功()
{
    // Arrange
    await CleanupDatabaseAsync();
    var createParameter = new ShipperCreateParameter
    {
        CompanyName = "黑貓宅急便",
        Phone = "02-1234-5678"
    };

    // Act
    var response = await Client.PostAsJsonAsync("/api/shippers", createParameter);

    // Assert
    response.Should().Be201Created()
            .And
            .Satisfy<SuccessResultOutputModel<ShipperOutputModel>>(result =>
            {
                result.Status.Should().Be("Success");
                result.Data!.ShipperId.Should().BeGreaterThan(0);
                result.Data.CompanyName.Should().Be("黑貓宅急便");
            });
}

驗證錯誤測試

[Fact]
public async Task CreateShipper_當公司名稱為空_應回傳400BadRequest()
{
    // Arrange
    var createParameter = new ShipperCreateParameter
    {
        CompanyName = "",
        Phone = "02-1234-5678"
    };

    // Act
    var response = await Client.PostAsJsonAsync("/api/shippers", createParameter);

    // Assert
    response.Should().Be400BadRequest()
            .And
            .Satisfy<ValidationProblemDetails>(problem =>
            {
                problem.Status.Should().Be(400);
                problem.Errors.Should().ContainKey("CompanyName");
            });
}

集合資料測試

[Fact]
public async Task GetAllShippers_應回傳所有貨運商()
{
    // Arrange
    await CleanupDatabaseAsync();
    await SeedShipperAsync("公司A", "02-1111-1111");
    await SeedShipperAsync("公司B", "02-2222-2222");

    // Act
    var response = await Client.GetAsync("/api/shippers");

    // Assert
    response.Should().Be200Ok()
            .And
            .Satisfy<SuccessResultOutputModel<List<ShipperOutputModel>>>(result =>
            {
                result.Data!.Count.Should().Be(2);
                result.Data.Should().Contain(s => s.CompanyName == "公司A");
                result.Data.Should().Contain(s => s.CompanyName == "公司B");
            });
}

專案結構建議

tests/
├── Sample.WebApplication.UnitTests/           # 單元測試
├── Sample.WebApplication.Integration.Tests/   # 整合測試
│   ├── Controllers/                           # 控制器整合測試
│   │   └── ShippersControllerTests.cs
│   ├── Infrastructure/                        # 測試基礎設施
│   │   └── CustomWebApplicationFactory.cs
│   ├── IntegrationTestBase.cs                 # 測試基底類別
│   └── GlobalUsings.cs
└── Sample.WebApplication.E2ETests/            # 端對端測試

套件相容性故障排除

常見錯誤

error CS1061: 'ObjectAssertions' 未包含 'Be200Ok' 的定義

解決方案

<!-- 正確：使用 AwesomeAssertions 應該安裝 AwesomeAssertions.Web -->
<PackageReference Include="AwesomeAssertions" Version="9.1.0" />
<PackageReference Include="AwesomeAssertions.Web" Version="1.9.6" />

最佳實踐

應該做的 ✅

1. 獨立測試專案：整合測試專案應與單元測試分離
2. 測試資料隔離：每個測試案例有獨立的資料準備和清理
3. 使用基底類別：共用的設定和輔助方法放在基底類別
4. 明確的命名：使用三段式命名法（方法_情境_預期）
5. 適當的測試範圍：專注於整合點，不要過度測試

應該避免的 ❌

1. 混合測試類型：不要將單元測試和整合測試放在同一專案
2. 測試相依性：每個測試應該獨立，不依賴其他測試的執行順序
3. 過度模擬：整合測試應該盡量使用真實的元件
4. 忽略清理：測試完成後要清理測試資料
5. 硬編碼資料：使用工廠方法或 Builder 模式建立測試資料

相關技能

• unit-test-fundamentals - 單元測試基礎
• nsubstitute-mocking - 使用 NSubstitute 進行模擬
• awesome-assertions-guide - AwesomeAssertions 流暢斷言
• testcontainers-database - 使用 Testcontainers 進行容器化資料庫測試

參考資源

原始文章

本技能內容提煉自「老派軟體工程師的測試修練 - 30 天挑戰」系列文章：

• Day 19 - 整合測試入門：基礎架構與應用場景
  • 鐵人賽文章：https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10376335
  • 範例程式碼：https://github.com/kevintsengtw/30Days_in_Testing_Samples/tree/main/day19

官方文件

• ASP.NET Core 整合測試文件
• WebApplicationFactory 使用指南
• AwesomeAssertions.Web GitHub
• AwesomeAssertions.Web NuGet