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基于飞猪APP的黑盒测试技术的研究与分析
中文摘要
随着互联网技术与国内软件市场的高速蓬勃发展，软件应用成为人们手机日常生活中不可或缺的一部分。
近年来，很多公司与企业都会对软件进行详细、系统的检测，软件的质量也越来越受到重视。
本文主要介绍软件测试中的黑盒测试方法，课题围绕软件测试的研究背景、国内外现状分析、研究目的意义讨论。
阐述软件测试技术研究，包括黑盒测试技术研究，其内容包含黑盒测试目的、方法，如等价类、因果图等等。
为了测试更加充分，还对移动应用技术以及自动化测试进行研究。
本课题基于对手机APP应用进行测试，利用国内的旅行软件“飞猪”APP进行分析。
研究与分析的内容包括APP项目的需求分析、数据流图、用例图分析，设计测试用例，执行测试用例以及测试结果与总结，本文围绕这些内容进行展开说明。
关键词：
软件测试黑盒测试自动化测试
第1章绪论
1.1课题研究背景
当程序设计并开发好之后，我们会对程序进行执行并检测，这一过程叫软件测试。
为什么要进行检测？
其目的是提高软件的质量，保证其功能的可靠性，尽可能地在测试过程中，能够发现所有的错误并且纠正它。
软件测试是在一个软件在上线之前，为软件质量保证的非常重要环节之一。
测试工具与方法是软件系统进行充分的测试的前提。
随着社会科技的发展，测试工具也慢慢发展并且盛行起来，测试不仅限于简单的调试。
利用测试工具，可以对测试进行设计、执行等等工作。
除此之外，测试工具让系统自动化程度与软件的精准度、准确度大大提升，提高测试效率。
同时测试方法也得到了发展，例如黑盒测试、白盒测试、自动化技术等等。
目前为止，测试工具与方法的发展、推行受到人们极度的重视。
本课题的主要研究对象是黑盒测试，这种方法在测试过程中十分常见，也会经常用到。
在软件原型基本完成时，大多数都会选择黑盒测试来对软件进行初步测试。
此次课题将结合线上一款旅游综合性“飞猪”APP，在理论与实践上，分别对黑盒测试的技术进一步讨论与分析。
1.2课题研究目的与意义
随着科技发展的今天，电子产品随处可见，这些产品种类繁多，成为我们生活中必不可少的一部份。
同时，带给我们生活便利、以及提高生活品质的是电子产品里所携带的软件。
在软件被植入电子产品之前，我们要对其进行检测，为什么要进行测试，这是我们值得关注、探索与深究的问题。
发现软件的BUG，也就是软件出现报错。
检测软件是否达到我们想要的技术要求实现以及是否达到需求标准，这些都是软件测试的工作。
作为测试技术人员，要做到为风险评估做相应充足准备。
软件测试更重要是保证软件开发的过程中是高质量的，并且是贯穿在软件开发过程中。
在软件上线推入市场前，我们是替用户提前检测体验软件。
尽可能的将软件交给用户使用前，让所有问题提前暴露出来，让我们这方将问题解决改正，以最好的状态提交给用户。
其目的也是为了让用户能有更好的使用与体验。
首先，我们要知道，不足的测试会使用户承担很大的危险。
假如测试工作没有做好，软件自己便带着一些潜藏的BUG，如果将BUG投入到线上市场，这将意味着用户在使用软件过程中会经常出错，造成用户体验感差，这会导致这一款软件的用户量下降、用户活跃度也会降低，并且会面临一个低分应用的风险，同时会造成公司企业的亏损，因为如今现在这个社会，很多用户都是喜欢高分应用，见到评分高的应用才下载使用。
同时用户也要承担软件的风险，例如软件闪退、部分功能无法使用等等。
不足的软件测试所带来的损失，不管对任何一方都是有害无益的。
一个项目是有规划一个测试计划去进行测试，假如过度测试，不仅会让研发、测试人员要进行加班，劳累身心，工作效率会大大降低。
过度测试则会投入很多时间，导致资源浪费。
公司在前期还会投入很大的时间精力、财力、物力等等方面，这对公司成本利润来算也是不利的。
测试是为了使产出、投入比达到最大，而不是即使找到了错误，然而付出了过高的代价。
1.3国内外研究现状
在软件开发初期阶段，软件的所有的内容例如规模小，需求和程序本身也没有现在的这么复杂和多变。
由于开发人员要完成代码编写，所以对测试基本不投入精力与时间。
但是最终为了知道软件哪里有误，开发人员只是进行简单的调试。
不仅如此，测试常常是放到最后，等到代码完成才开始。
直至与出现了软件质量不佳带来了风险，在上世纪60年代，以开发技术为主的一家美国公司所研发的操作系统失败，导致公司出现不可挽回的损失。
从那时开始，软件技术慢慢得到极大发展，80年代开始出现软件测试职业；发表大量测试刊物、相关国际标准等。
直至这个世纪，软件测试才开始有专业名称。
发展至今，在国际上，测试逐渐发展成一个非常独立的职业。
在一些大型软件开发的公司，例如微软等，测试人员的数量占项目人员的二分之一或者四分之一，这是一个很高的比例。
甚至有些时候，需要第三方介入测试中检测产品。
且发展到上世纪末，自动测试系统开发的指导思想也发生了极大变化，到现在也是我们普及的测试技术之一。
然而在国内，测试技术刚刚兴起，还处于初期阶段，大部分软件都处于公司内部测试阶段，且大多主要用功能测试上，这种自测方法存在很大弊端。
国内对软件测试的规范化与标准化不够。
在国内公司，开发人员与测试人员数量比例为5：
1甚至是10：
1，但是在国外一般为2：
1。
国内的商业化操作，一般只做产品的基本验收工作，作用意义不是很大，对测试这一块还存在很大的空间去完善以及发展。
1.4课题研究的主要内容
本文研究内容介绍，主要探讨对象是黑盒测试，其中对软件测试技术的研究，包含黑盒测试技术研究、移动应用技术研究、自动化软件测试研究论述。
主要论述黑盒测试技术研究，包括黑盒测试的定义、方法、优缺点等展开进行论述。
围绕黑盒测试作为主要研究对象，并将黑盒测试实际应用于我们生活常用的手机软件APP中，并对其进行需求分析、设计编写测试用例、测试脚本、执行测试、并且分析总结测试结果，进一步总结讨论分析与研究黑盒测试的理论性与应用性。
1.5本章小结
本章主要综述了本课题的背景、课题研究的目的及意义、国内外研究现状以及本课题所研究的主要内容。
第2章软件测试技术研究
2.1软件测试方法研究
2.1.1黑盒测试技术研究
2.1.1.1什么是黑盒测试
把程序想成一个不能打开的黑色盒子，在完全不用考虑代码、内部程序和特性下，只检查黑子的内部程序与提供的需求规格说明书所规定的需求是否符合，以及通过测试，来检测程序是否能将接收到的输入的信息的结果成功输出、并且检查输出的内容是否正确。
这种测试一般单单检查程序内部的每个功能性功能点是否能够正常运作，所以通常黑盒测试也称为功能测试。
2.1.1.2黑盒测试的目的
1、检查功能的完整性，是否有遗漏、不正确的功能
2、检查系统界面是否存在显示错误
3、在数据的输入与输出上，是否会出现差异错误，输入是否能接收正确，输出的结果是否准确。
4、检查系统都性能是否能够满足需求，性能检测是否错误
5、检查是否有数据初始化、中断错误、终止性错误等
2.1.1.3软件的生命周期中各阶段用到的黑盒测试
1、单元测试
单元测试，是指对软件里对最小可测试的单元进行检查并验证的过程，用于检测在特定条件下目标代码正确性的代码，单元被认定为最小的被测对象模块。
[6]软件中独立的单元与程序的其他部分要相隔离。
对于单元的含义，在根据不同情况有不同的含义，例如，在JAVA中是被认为一个类，在C语言中是指一个函数，UI中是指一个菜单或窗口按键等等。
在单元测试中，黑盒测试的地位，主要是辅助方法呈现出来，适用在单元的功能测试中。
2、集成测试
集成测试是单元测试的逻辑拓展，不推荐在大型的系统中使用，采用的是白盒测试与黑盒测试相结合，这种测试将所有模块一次集成，很难确定出错的真正所在模块以及原因。
一般的形式是：
先对每个子模块进行测试，接着将所有模块一次性构成起来，并对他们的接口进行测试。
3、系统测试
将所有外部元素综合在一起，例如软件、硬件、网络等组装和确认测试，包括有安全测试、兼容性测试、压力测试、性能测试等等。
由于此时的软件系统已经组装完成，只需去关注软件系统的外部表现，不用去过多关注内部细节，对于此情况下，系统就如同一个黑盒子，由此，主要利用的方法是黑盒测试。
4、用户的验收测试
一般是由用户执行测试操作，主要目的是向用户展示所开发出来的软件产品是否符合预期定义与需求标准，并且验证其软件产品的可靠性与有效性，确保用户用此产品能顺利做成用户想要达到的功能与任务。
[6]由于用户在实际操作中，是看不到测试的源代码以及内部内容，只能透过黑盒测试来进行验证。
验收测试作为软件测试的最后一个测试阶段，是在软件产品投入正式运行前的一个操作，在此测试顺利通过后，软件产品就可以进行发布。
2.1.1.4黑盒测试的优缺点
黑盒测试作为软件测试的一种方法，它既包含优点也有缺点：
优点：
1、在进行代码比较多、程度较复杂的单元的测试，黑盒测试的效率比白盒测试高；
2、开发人员与测试人员彼此是相对独立的；
3、可以立刻展开测试工作，前提是需求书的完成
4、根据需求规格说明书，能够更加一目了然、简单发现与需求不一样的问题；
5、以用户的想法位置上去考虑问题，更容易从用户角度发现缺陷，同时最大程度的满足用户日常需求；
6、测试人员可以不用了解开发语言以及代码是如何实现，比较容易上手；
7、测试用例是根据需求所设计，容易生成测试数据，对错误定位准确
8、与系统、程序相关操作的测试可直接将其连接起来，方便简洁
缺点：
1、只能测试小部分的输入
2、无法发现需求规格说明书的错误
3、在缺少规格说明书的话，难以设计测试用例还会影响测试结果精准度
4、不能查看内部代码编写，代码无法得到测试
5、测试比较单一，只能检测软件的功能性
2.1.1.5黑盒测试设计测试用例方法
在软件进行黑盒测试中，首先要对产品进行设计测试用例，再通过测试用例去执行测试。
目前有下面几种常见的测试设计用例方法：
1、等价划分类法
我们可以将需求所要求的内容看成合法的子集，不符合需求看成是不合法的子集。
等价类是对这些子集进行划分，根据需求查看他是否符合规范，合法的子集称之为有效等价类，反之称为无效等价类。
在测试过程中，可以将这些子集数据划分，选出最具代表的一组数值代替其他数值进行测试，因为程序的缺陷与子集和中输入输出条件数值是基本一致的。
[7]
2、边值分析法
通常在测试一个数据时，会对数字进行限制，例如用户在注册，填写手机号码时，就会用到此方法。
边界值分析法是对数据的输入或者输出值边界进行分析。
对软件进行边界值的测试可以更好的发现错误，属于常见黑盒测试方法之一。
因为在大部分测试时，很多出错的情况是出现在输入值与输出值的边界。
在实际的测试过程中发现，使用边界值划分法，可以让系统比较不容易进行崩溃，使得系统具备一个更好的质量。
[7]
3、错误推测法
在测试过程中，这类方法是根据测试阅历来推断软件可能存在的问题、错误，在黑盒测试中使用的次数十分频繁。
[7]在软件设计用例时，错误推测法会针对性的根据软件产品的特点，猜测某个场景会出现的错误一一列举出来，并对所涉及的缺陷或者用例进行更改。
此方法适用于软件测试经验丰富的测试人员，他们根据经验与敏锐的洞察力能够快速找出错误。
4、因果图法
在测试过程中，会有涉及到因果关系的内容，恰好因果图是以逻辑关系来进行绘制，帮助我们分析与更加清楚明了的刻画输入条件、输出条件内部的因果关系，是和黑盒测试中多见的方法。
[7]因果图法能够将所想输入内容数据的判定条件很好聚集在一起，帮助测试人员更好集中的进行测试。
因果图法设计测试用例过程：
1）.将软件的数据分为多个可执行的片段，分析每一个片段的原因与结果；
2）.将分析出来的结果每一种情况画出因果示意图；
3）.根据不同数据状态设计判定表，并基于判定表的每一种情况设计测试用例。
5、场景设计法
可以将要测试的内容看作一个场景，通过事件的触发，去想象与设计用户可能会遇到的各种情况，从而达到测试软件的流程。
场景法业务通常分为以下几点：
基本流、备选流、异常流。
6、判定表法
判定表法也称为决策法，它能够分析与表达多逻辑下系统执行不同的操作情况，是黑盒测试方法中最为严格和最具有逻辑性的测试方法。
在实际开发应用中，输入的条件往往是由多个因素构成，所以采用判定表法可以对多个输入条件的情况进行组合。
2.1.1.6本课题所应用的黑盒测试技术
在“飞猪”APP中，在用户提交订单时，“订单填写订单”页面中，会用到等价类方法，等价类方法能够帮助测试人员快速梳理被测对象，列举出全部情况防止有遗漏的地方。
举例测试对象为“姓名”栏，等价类中有效等价类为：
中文，英文，1-20个字符，无效等价类为空、数字、特殊字符、数字与特殊字符混合、大于20个字符。
“订单填写订单”页面中，“手机号”一栏可用到边界值法，可作为等价类法的一种补充，简便易行，针对手机号边界值去设计用例，具有很强的发现缺陷能力。
图1订单填写
在设计用户的购物流程可以利用到场景设计法。
从用户角度出发，分析购物时的场景，能够快速找到购物流程会出什么样的错误，实用性强。
如下图设计基本流和备选流。
图2购物流程基本流备选流
根据基本流与备选流，设计场景，最后设计用例，将最终结果填入用例表中。
2.1.2移动应用测试技术研究
移动应用，是指手机应用软件基于手机操作系统之上开发出来的软件，也就是我们常说的手机APP。
移动应用测试，就是对这些手机应用进行软件测试，此类测试涉及的测试类型主要分为三大类，分别为功能测试、非功能测试、专项测试。
2.1.2.1功能测试
简单来说，就是查看软件的功能可不可以达到预期，开发出来后该功能是否能实现所设计的内容要求，它如同黑盒测试，对软件的各项功能进行检查，看不见内部代码，只能靠需求分析书对需求进行梳理，设计测试用例，根据所设计的用例对软件进行测试，最后的标准是以能否达到用户所期望的功能。
2.1.2.1.1UI测试
UI是产品的界面设计，UI测试的目的是确保用户在浏览软件的过程中，界面能够给用户带来舒适美观的体验，是着重于用户使用体会，一个产品的好坏，很多时候取决于它的产品界面设计是否优秀。
在进行UI测试时，要着重注意以下测试点：
第一，产品经理制定的原型图与开发人员设计的产品界面是否维持界面一致；第二，菜单栏、布局风格是用户的使用界面，能否满足用户需求以及体验性；第三，检查是否有错别字、字是否有遗漏掉；第四，页面是否美观大方；第五，交互操作是否友好；第六，图片是否涉及违规等等；
2.1.2.1.2业务测试
根据APP不同的业务，分成不同模块进行测试，例如可以分成登录/注册模块、订单管理模块。
这样能够清晰的梳理功能模块，可以提高测试效率。
业务测试是站在真实用户的角度去考虑事情，模拟用户实际的操作流程，按照功能业务流程，测试功能点是否可以达到预期效果，检查是否有功能点无法实现导致整个业务不能使用。
业务是贯穿多个功能模块，不受到业务属于哪个功能模块的限制。
在设计业务测试的用例中，也可以采用边界值法与等价类法。
2.1.2.2非功能测试
2.1.2.2.1性能测试
在目前，软件对性能的要求还是挺高的，我们可以通过测试来观察。
常见的性能测试有以下几个指标：
1、负载测试、2、压力测试、3、容量测试。
进行性能测试通常是利用测试工具进行测试，例如LoadRunner等等软件，主要工作内容是对软件的测试场景进行模拟。
设计的场景一般为单业务、混合业务，在正常、峰值、或者负载条件下对软件指标进行测试。
我们可以通过测试工具的测试图表结果和出示报告，分析软件的内部使用性能情况，来检测他是否达到我们需求书里所要求的指标，例如CPU的使用情况，内存使用情况，运行时间等等。
2.1.2.2.2安全性测试
安全性测试是指手机安装软件后，或者使用的过程中，是否会遭到病毒或者个人隐私泄露。
2.1.2.2.3兼容性测试
兼容性测试包含：
与本地及主流APP的兼容、不同网络的兼容、不同操作系统的兼容、不同屏幕分辨率的兼容、不同手机品牌的兼容
2.1.2.3专项测试
在做APP测试时，专项测试也十分重要，这样才能确保测试得到更加全面、降低软件出错风险。
其中包含网络测试、操作类型测试、第三方推送测试、更新测试等等。
比如网络测试是考虑在不同网络状态下，APP的样式是如何呈现的，测试前需要充分了解页面在什么情况向服务端发起请求。
根据网络的网速，可以分为网络良好、弱网络、无网络三种情况，此测试主要考虑弱网络与无网络。
2.2自动化软件测试技术研究
2.2.1自动化技术分类
互联网科学技术的发展蒸蒸日上，自动化软件测试技术日益得到重视，手工测试不再是人们仅仅的测试方法。
自动化技术可以减轻手工测试的繁琐，提高工作效率。
目前的自动化技术可分为：
功能自动化、性能自动化、WEB自动化、APP自动化、接口自动化等等。
常用的自动化工具有LoadRunner，可用于性能自动化；QTP工具可适用于对WEB网页端进行自动化脚本录制，设置检查点等等；利用JMeter工具可用来进行接口端的自动化测试，测试接口性能；目前网上也流行利用Python语言与Selenium工具或者Appium工具结合起来做自动化测试。
2.2.2本课题所应用的自动化技术
此次选择的测试是基于Appium自动化测试，一款应用于移动端的自动化测试框架，以安卓端为例进行测试，Appium基于WebDriver协议，利用Bootstrap.jar。
首先要搭建测试环境，第一步，去官网下载node.js，下载好后进行安装，并且运行cmd命令，输入node-v，出现版本信息说明安装成功。
第二步，要对Java环境和Androidsdk环境进行安装与配置。
第三步，安装Appium，在cmd运行命令npminstall-gappium进行安装。
安装完成后，可在终端输入appium-doctor，出现allchecksweresuccessful提示的话说明安装成功。
第四步，利用uiautomatorviewer测试框架，这个框架是存在于Java库中，AndroidSDK系统自己携带的，可以利用框架对AppUI自动化测试的。
第五步，此时通过打开uiautomatorviewer，可对软件界面进行截取，对软件控件进行定位，调用uiautomatorviewer命令，与java语言以及模拟器的结合，实现APP的自动化测试。
本课题是结合“飞猪”APP，从而模拟用户的操作，验证基本功能点，提高安卓应用的测试效率。
但是需注意的一点是，自动化测试并不能代替手工测试。
2.3本章小结
简单介绍了两大类别测试，第一种是移动应用技术的分析与研究，分为两小类，其中重点分析研究黑盒测试，包括研究黑盒测试的几种方法。
移动应用技术介绍包含：
功能测试、非功能测试、专项测试。
第二种是自动化技术的研究与分析，此技术是基于Appium的手机软件自动化，主要是测试手机的控件，通过控件元素定位做自动化测试。
第3章基于飞猪APP的测试需求分析
3.1.测试需求分析
3.1.1项目概述
本次项目是以“飞猪”APP为举例，来进行黑盒测试与自动化测试分析的应用软件，“飞猪”APP是国内较大的旅游服务平台，功能强大，是一款十分方便人们生活、出行旅游的综合性服务平台。
可以订购查询出行车票，例如订购查询机票、火车票、汽车票，还提供订购酒店、门票、电话卡等，还能对旅游当地推荐相应攻略等等。
以下是本课题进行测试功能模块APP的系统框架图：
图3系统框架图
3.1.2项目需求分析
“飞猪”APP，是一款很强大的旅游出行的APP，具备很多功能，例如订机票、推荐当地美食景点、买门票、预定当地电话卡等等。
本文抽取其中“购物车”的功能点进行功能测试描述。
用户去使用时，分为“未登录”与“已登录”状态，“未登录”时，只能浏览商品，无法对商品进行实际操作，包括“加入购物车”动作等等。
在“登录”之后，会同步账户信息，用户可以将“商品”加入到自己的“购物车”中。
用户可以对“购物车”内的所选的商品进行“编辑”。
用户选择自己喜欢的商品后，可以点击“确认下单”。
进入订单填写，使用“钱包”进行付款，付款成功即订单提交成功。
自动化测试抽取其中的机票功能，主要是对软件部分控件以及其子页面进行检测。
主要分为三个模块：
1、软件主页面模块
“机票”功能是“飞猪”软件中最主要的功能点，点击“机票”按钮，用户才能进入机票的查询/购买页面。
此测试是对“机票”控件进行检测，点击控件是否能够到达预期的页面。
图4APP主页面
2、机票主页面模块
最上栏包含“单程”、“往返”、“多程”按钮，也是用户经常用的功能点，底部栏包含“我的收藏”、“航班动态”、“在线选座”、“我的订单”按钮。
检查各个控件是否能达到所要的页面。
图5机票主页面
3、航班动态模块
此模块主要是查询功能。
进入页面，最上栏有“按航班号”、“按起降地”可进行选择。
选择“按起降地”，点击中间切换目的地的按钮，点击“查询”，用户进入查询详情页面，可点击“关注”按钮，就可随时了解该航班最新消息。
也可以点击“前一天”按钮，即可查询到前一天的航班线路。
点击控件，检查控件是否能到达想要的页面。
图6航班动态页面及其子页面
4、未登录--在线选座模块
在机票主页面，在未登录的情况下，点击“在线选座”按钮，会进入登录页面。
可选择“密码账户登录”，页面即切换到使用密码账户登录，可按“返回”按钮，回到机票主页面。
图7登录页面
3.2数据流图分析
根据“飞猪”APP的购物流程，画出以下图：
图8数据流图
根据数据流图得出，用户在未登录时，要进行登录，登录成功后，会员信息进入会员库。
用户进行页面浏览，将想要的购买的物品可加入购物车进行下单。
用户下单后，商品信息进入商品库，同时订单信息进入订单库，系统生成购物订单并提交，用户并进行支付，支付信息进入购买记录库，整个购物流程结束。
3.3用例图分析
1、用户在购物车模块的用例图：
用户登录后可以对购物车进行管理，分为以下几个模块
1）.修改商品属性
2）.增加商品
3）.删除商品
4）.浏览购物车
5）.清空购物车
图9购物车管理用例图
2、用户在订单管理模块的用例图：
用户登录后可以对订单进行管理，分为以下几个模块
1）.提交订单
2）.填写订单内容
3）.查看订单
图10订单管理用例图
3、用户在机票功能的用例图：
用户登录后可以对机票进行订购，分为以下几个模块
1）.查询机票
2）.购买机票
图11机票功能用例图
4、根据“飞猪”APP的购物流程，画出以下购物车活动图：
图12购物车活动图
根据活动图分析，首先系统判定用户是否登录，未登录用户进行登录，登录后用户可浏览商品详情足迹，或者将自己心仪的商品加入购物车。
同时，用户可以对购物车内所有商品进行修改编辑操作，例如编辑商品数量以及属性等等、对购物车进行清空等。
系统判断商品是否有货，有货情况下，可对商品进行购买，用户填写订单信息，比如地址、电话等信息，最后提交订单完成支付，返回主页，结束购物流程。
3.4本章小结
本章对“飞猪”APP项目进行大概的描述，再对需求进行分析。
首先对购物车的功能进行分析，分为未登录和已登录两种状态，设计场景，例如在购物车编辑商品，删除商品等。
再利用UML图与数据流图，更加清晰的展示出购物车的操作流程与功能模块，为接下来写测试用例前提做准备。
第四章基于飞猪APP的测试设计与分析
4.1测试用例设计
4.1.1购物车测试用例设计
1、已登录—购物车模块页面部分用例设计如下：
此模块利用功能测试方法，对购物车里的功能逐项进行测试
表1购物车页面部分测试用例
2、购物车UI界面部分测试用例如下：
此模块用到的
升级会员 