Android自动化框架 模拟操作 模拟测试

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几种常见的Android自动化测试框架及其应用

         随着Android应用得越来越广，越来越多的公司推出了自己移动应用测试平台。例如，百度的MTC、东软易测云、Testin云测试平台……。由于自己所在项目组就是做终端测试工具的，故抽空了解了下几种常见的基于UI层面的自动化测试工具。趁晚上有空总结下，好记心不如烂笔头呀！

一 常见Android自动化测试框架及其应用

         目前，Android基于UI层面的自动化测试工具，都可以理解为是基于Android控件层面的，涉及Widgets和WebView两大类。其主流的测试方法主要有以下几种。一种是通过Android提供的各种服务，来获取当前窗口的视图信息。然后，在当前视图内查找目标控件，并根据该控件属性信息计算出该控件中心点的坐标，进而构造出一个Android Input事件来实现对应用的自动化测试。其主要特点是：测试代码和被测应用各自运行在各自的进程内，相互独立。其代表有Uiautomator。另一种则是基于Instrumentation，通过把测试代码和应用代码，确切地说是测试APK和被测APK，运行在同一个进程中，通过Java反射机制，来获取当前窗口所有视图，并根据该视图查找到目标控件的属性信息，并计算出目标控件中心点坐标。然后，利用Instrument内部接口，实现点击操作。其代表有Robotium。

我们先来看下第一种。这类方法通常需要满足两个功能，一是能获取屏幕视图；二是能产生输入事件。这样，用户就可以通过屏幕视图查找到目标控件，进而计算出其中心点坐标，并由此产生一个输入事件来模拟用户操作。通常，这类框架还会提供一个截屏功能，方便用户对照。例如，分析定位问题等等。

目前，这类测试方法常见应用模式有以下几种：（1）、Hierachyview+monkey；（2）、uiautomator；（3）、accessibilityservice。（4）其他。先来说下第一种，Hierachyview+monkey的组合方式。

我们先来说下第一种，Hierachyview+monkey。其实现原理如下：

首先，hierahcyview通过socket与设备侧ViewServer建立连接，端口为4939。其次，通过命令“dump -1”获取控件属性信息。信息存入ViewNode中。第三，根据ViewNode信息，遍历控件树，查找到目标控件，并根据其bounds信息，计算出其中心点坐标。第四，根据计算出的坐标信息，发送一个点击该点的monkey命令给设备侧的monkey服务。除点击操作外，我们还可以通过Monkey服务进行输入、硬按键类操作。至此，对设备的一个自动化操作就完成了。这里需要说明的是，绝大部分商用手机ViewServer服务的开启都需要系统权限。故采用这种模式，手机一般需要root权限。另外，关于Hierachyview，CSDN上有一篇很好地介绍Hierachyview实现原理的文章，其连接地址如下：

http://www.cnblogs.com/vowei/archive/2012/08/08/2627614.html。现摘录其部分内容，关于从设备侧ViewServer获取控件层次结构图的过程，以便大家更好地理解该模式。

HierachyViewerDirector.java（即Controller）通过DeviceBridge.java来和Android设备通信，而DeviceBridge.java具体是通过AndroidDebugBridage.java和DeviceConnection.java来和设备通信。备注：Hierachyview本身采用MVC模式。

AndroidDebugBridge.java : AndroidDebugBridge.java是ADB API，位于ddmlib项目中。它实现了命令行版adb一样的功能，在HierarchyViewer中主要用到其连接设备，forward端口，启动ViewServer等操作。

DeviceConnection.java: 负责和ViewServer通信，向ViewServer发送命令并接受其返回的信息。从而获取Activity列表、控件层次结构图、截图等。

第二种应用模式Uiautomator。UiAutomator是Google仿照微软Uiautomation提供的一套自动化框架，基于Android AccessilibilityService提供（注：Android AccessilibilityService，是一个可访问服务，是一个为增强用户界面并帮助残疾用户的应用程序，或者用户可能无法完全与设备的交互。例如，用户在开车。那么用户就有可能需要添加额外的或者替代的用户反馈方式）。其应用方式有以下几种，一种是UiAutomatorView+monkey，另一种是直接调用UiAutomator API。其中，第一种方法同hierachyview+monkey差不多。其区别是：UiAutomatorView通过ADB向设备侧发送一个dump命令，而不是建立一个socket，下载一个包含当前界面控件布局信息的xml文件。相比较hierachyview下载的内容而言，该文件小很多。因此，从效率上讲，这种方法比第一种应用模式快很多。第二种方法，则是直接调用UiAutomator框架对外提供的API，主要有UiDevice、UiSelector、UiObject等。其原理与第一种方式，即HierachyView+Monkey，差不多。其过程大致是：首先，UiAutomator测试框架通过Accessibilityservice，获取当前窗口的控件层次关系及属性信息，并查找到目标控件。若是点击事件，则计算出该控件的中心点坐标。其次，UiAutomator通过测试框架，注入用户事件（点击、输入类操作），从而实现模拟人的操作。UiAutomator对外提供UiAutomatorTestCase、UiDevice、UiSelector、UiObject、UiCollection、UiScrollable等类，其作用如下：

l  UiAutomatorTestCase ：继承自Junit TestCase （Junit），对外提供setup、teardown等，以便初始化用例、清除环境等。

l  UiDevice：此类主要包含了获取设备状态信息，和模拟用户至于设备的操作两类API。UiSelector，主要是通过一定查询方式，定位到所要操作的UI元素。

l  UiObject：UiObject可代表页面的任意元素，它的各种属性定位通常通过UiSelector来完成。

l  UiCollection：UiCollection一般与UiSelector连用，如它的构造函数也要求提供Uiselector: UiCollection(UiSelector selector)。它的API较少，主要用以从Uiselector筛选出的元素集中挑出所要的元素:getChildByDescription(), getChildByInstance(), getChildByText() ,以及统计元素集的个数getChildCount()。

l  UiScrollable：UiScrollable 用来表示可以滑动的界面元素,其继承关系为UiObject -> UiCollection ->UiScrollable。

但UiAutomator的实现方式与HierachyView+Monkey有很大不一样。以控件点击操作为例，其实现流程大致如下：

定义一个点击对象Object，该对象则通过UiSelector对象定位到具体的控件。而UiSelector则通过UiAutomatorBridge（它可看做是UiSelector与AccesibilityService之间的连接器），将查询内容（AccessibilityNodeInfo）和输入事件（AccessibilityEvent）传给AccessibilityService。实际业务过程比这复杂的多。这样，就实现了对某个控件的查找或点击操作。备注：AccessibilityEvent，所有可操纵的UI元素都定义为一个AccessibilityEeventt；AccessibilityNodeInfo指视窗中的组件树节点。    

第三种则是accessibilityservice。先来介绍下Accessibilityserveice服务。前面已经讲过，它是一个Android的一个服务。若是用Accessibilityservice进行自动化，我们需要继承Accessibilityservice开发一个服务。这样，我们就可以依据这个服务获取当前界面的控件属性信息。其获取内容跟Uiautomator一样，都是AccessibilityNodeInfo。控件信息获取到后，若是要进行点击等操作，则可通过Monkey或其他方式，如Input等，来模拟点击操作。

上述几种Android测试方法中，UiAutomator比较正统，是Google正式推出的，也是应用范围最广的。另外几种方法，则见得不多，其中Hierachyview+monkey的方式，公司内部Ares就采用了。这类测试工具的一个好处就是可以跨应用。但不足之处也很多，速度慢、不支持WebView等（这种模式下，对WebView控制有限，无法注入Java Script）。

接下来说下第二种框架，即Instrumentation，它是Android对外提供的一系列的测试方法的核心。Instumentation可看成一系列控制函数的集合，作用于系统和应用之间，类似于Windows中的Hook。在该测试框架下，主程序和测试程序需要运行在同一个进程中，见下图（图片来源CSDN，链接地址：http://blog.csdn.net/jayfei0308/article/details/7950052）。

需要说明的是，在Android系统中，测试程序也是应用程序，我们可以将其看成一个没有UI的应用。

其实现过程大致如下：如图，InstrumentationTestRunner通过调用Instrumentation杀除应用程序的进程，再用Instrumentation重启该应用。这时，测试应用和被测应用就运行在同一进程下。测试应用怎么知道该测试哪个应用呢？嗯，这是通过在测试工程的mainfest文件中添加<Instrumentation>元素来实现的。当测试应用和被测应用运行在同一个进程里，它们之间就可以通过Instrumentation来进行消息交互，从而达到测试效果。当Instrumentation与某个程序交互时，其大致采用如下步骤：（资料来源：

http://blog.csdn.net/fireworkburn/article/details/20144153）。

首先，启动时，初始化测试APK的配置文件AndroidManifest.xml文件中。该配置文件中标明了所使用的测试运行类、被测目标应用、包名等。然后，启动被测应用的Activity。同时，将测试ActivityThread做为一个引用进行初始化。此时，如果找不到目标应用则会报错。其次，执行测试脚本。测试时，测试工程中任何对目标应用进行的操作，都会用异步的方式，将消息体放在目标程序的MessageQueue中。这样，目标程序在查看到自己的MessageQueue中有内容时就会执行。      

         基于Android Instrumentiaon开发的测试工具有很多，其中最有名的恐怕要数Robotium了。目前，网络上很多移动应用测试平台，如百度移动应用测试平台MTC，都支持Robotium。

二 各类Android测试工具的TestCase继承关系

         Android提供了很多测试工具，如Monkey、Instrumentation、UiAutomator。其中，基于Android测试工具进行二次开发的测试工具也很多，如Robotium、Espresso。它们的继承关系下图：

UiAutomator Testcase类继承自JUnit的TestCase类。而Robotium、Espresso则继承自activityInstrumentationTestCase2。从这个继承关系，我们也能理解为什么采用Robotium的方式，应用需要签名。而采用UiAutomator则不需要。其原因是：采用Robotium的方式，其测试代码本质上是一个APK。根据Android的安全机制，应用是需要签名的。

三 常见Android自动化框架优缺点关系

这里主要介绍下前面讲的几种测试工具的优缺点，包括HierachyView+Monkey、UiAutomator、Robotium。

从上述数据来看，Android提供的测试工具各有优缺点，有的支持WebView测试，有的不支持。有的支持跨应用，有的不支持。因此，一个好的Android测试工具，更多地是兼容了上述几种测试方法。例如，Appium。

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