Go 1.18 系列篇(四):一文掌握 Fuzzing 模糊测试
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2022-03-27 05:14
系列导读
体验 Go 1.18（一）：如何快速升级安装 Go 1.18 ？
# 1. 什么是模糊测试？
单元测试，大家应该都写过吧？单元测试，需要开发者根据函数逻辑，给定几组输入（入参）与输出（返回）的数据，然后 go test 根据这些数据集，调用函数，若返回值与预期相符，则说明函数的单元测试通过。
但单元测试的代码，也是由开发者写的一段一段代码，只要是代码，就会有 BUG，就会有遗漏的场景。
因此即使单元测试通过，也不代表你的程序没有问题。
可见，测试场景的数据集对于测试有多重要，而 Fuzzing 模糊测试就是一种用机器根据已知数据源，来自动生成测试数据的一种方案。
本文借用官方的一个例子来讲解。
# 2. 简单的示例
在开始之前，先初始化项目
go mod init github.com/iswbm/fuzz
然后在该项目中添加 main.go，内容如下
package main
import "fmt"
func Reverse(s string) string {
b := [] byte(s)
for i, j := 0, len(b)-1; i < len(b)/2; i, j = i+1, j-1 {
b[i], b[j] = b[j], b[i]
}
return string(b)
}
func main() {
input := "The quick brown fox jumped over the lazy dog"
rev := Reverse(input)
doubleRev := Reverse(rev)
fmt.Printf("original: %q\n", input)
fmt.Printf("reversed: %q\n", rev)
fmt.Printf("reversed again: %q\n", doubleRev)
}
现在我们要为 Reverse 函数编写单元测试代码，放在 reverse_test.go，Test 函数如下
给定了三组数据
遍历这几组数据，将 tc.in 做为 Reverses 函数的入参执行函数，其返回值跟预期的 tc.want 做对比
若不相等，则测试不通过～
package main
import (
"testing"
)
func TestReverse(t *testing.T) {
testcases := []struct {
in, want string
}{
{"Hello, world", "dlrow ,olleH"},
{" ", " "},
{"!12345", "54321!"},
}
for _, tc := range testcases {
rev := Reverse(tc.in)
if rev != tc.want {
t.Errorf("Reverse: %q, want %q", rev, tc.want)
}
}
}
现在我们执行 go test 即是普通的单元测试，输出 PASS 说明单元测试通过，到目前为止是 Go 1.18 之前的单元测试
然后我们再往 reverse_test.go 中加入 Fuzzing 模糊测试的代码
// 记得前面导入 "unicode/utf8" 包
func FuzzReverse(f *testing.F) {
testcases := []string{"Hello, world", " ", "!12345"}
for _, tc := range testcases {
f.Add(tc) // Use f.Add to provide a seed corpus
}
f.Fuzz(func(t *testing.T, orig string) {
rev := Reverse(orig)
doubleRev := Reverse(rev)
if orig != doubleRev {
t.Errorf("Before: %q, after: %q", orig, doubleRev)
}
if utf8.ValidString(orig) && !utf8.ValidString(rev) {
t.Errorf("Reverse produced invalid UTF-8 string %q", rev)
}
})
}
Fuzzing 模糊测试的代码格式与单元测试很像：
函数名固定以 Fuzz 开头（单元测试是以 Test 开头）
函数固定以 *testing.F 类型做为入参（单元测试是以 *testing.T）
不一样的是 Fuzzing 模糊测试，提供两个函数：
t.Add：用于开发者输入模糊测试的种子数据，fuzzing 根据这些种子数据，自动随机生成更多测试数据
t.Fuzz：开始运行模糊测试，t.Fuzz 的入参是一个 Fuzz Target 函数（官方这么叫的），这个 Fuzz Target 函数的编写逻辑跟单元测试就一样了
在本例子中，Fuzz Target 接收 类型为 string 的入参，做为 Reverse 的输入源，然后利用两次 Reverse 的结果应与原字符串相等的原理进行测试。
有了 FuzzReverse 函数后，就可以使用如下命令进行模糊测试
go18 test -fuzz=Fuzz
通过输出发现测试并不顺利，Go 1.18 的 Fuzzing 会将导致测试异常的数据文件记录下来，使用 cat 可以查看该测试数据
记录下来后，该数据就可做为普通单元测试的数据，此时我们再执行 go test 就会引用该数据，当然了，在问题解决之前， go test 会一直报错
# 3. 问题排查与解决
模糊测试帮我们发现了一个出乎意料的 Bug 场景：在中文里的字符 泃其实是由3个字节组成的，如果按照字节反转，反转后得到的就是一个无效的字符串。
因此为了保证字符串反转后得到的仍然是一个有效的UTF-8编码的字符串，我们要按照rune进行字符串反转。
为了更好地方便大家理解中文里的字符 泃按照rune为维度有多少个rune，以及按照byte反转后得到的结果长什么样，我们对代码做一些修改。
改完之后，再次执行 go test 就会提示测试成功，说明我们已经修复上面的那个场景的 BUG
当下我们已经发现并修复了一个 BUG，程序肯定还有更多 BUG 存在，要继续寻找可以再次进行模糊测试，重复上面的步骤即可，这里不再赘述。
# 4. 更多参数介绍
在支持了 Fuzzing 模糊测试后，go test 工具也有了一些新的命令，在这里一并记录下
进行模糊测试
go test -fuzz=Fuzz
只对某个函数进行模糊测试：使用 -run=Fuzzxxx 或者 -fuzz=Fuzzxxx 指定模糊测试函数，避免执行到其他测试函数
go18 test -run=FuzzReverse
go18 test -fuzz=FuzzReverse
测试某个失败数据：使用 -run=file 指定数据文件
go test -run=FuzzReverse/1fdd0160e6b3dd8f1e6b7a4179b4787e0c014cf9c46c67a863d71e3a0277c213
指定模糊测试的时间：使用 -fuzztime 指定模糊测试时间或者迭代次数（默认无限期），避免一直在跑测试无法退出
还有一个 -fuzzminimizetime 参数，看官方文档的介绍，我没明白其作用，有知道的还请评论区分享下
go test -fuzz=Fuzz -fuzztime 30s
设置模糊测试进程数据：默认值是 $GOMAXPROCS，可根据实际情况进行设置，避免太占用机器的资源
go test -fuzz=Fuzz -parallel 4
# 5. 写在最后
模糊测试的存在，并不是为了替代原单元测试，而是为单元测试提供更好的保障，是一个补充方案，而非替代方案。
单元测试的局限性在于，你只能用预期的输入进行测试；模糊测试在发现暴露出奇怪行为的意外输入方面非常出色。一个好的模糊测试系统也会对被测试的代码进行分析，因此它可以有效地产生输入，从而扩大代码覆盖面。
同时模糊测试的适用场景也比较有限，如果函数的入参并不是像本例中的那样的简单（字符串），而是各种对象呢？可能它就无能为力了吧。
模糊测试的功能，对你有帮助吗？欢迎你留言分享～
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