Тестирование состояний и переходов: 5 практических примеров

Для кого эта статья:

• специалисты в области тестирования программного обеспечения (QA-инженеры)
• разработчики программного обеспечения, интересующиеся улучшением качества кода
• студенты и начинающие специалисты, желающие получить знания о тестировании состояний и переходов

Погружаясь в мир тестирования ПО, мы часто сталкиваемся с приложениями, которые могут находиться в различных состояниях и переходить между ними по определённым правилам. Неверная обработка этих переходов — источник до 40% критических дефектов в продакшене. Освоение техник тестирования состояний и переходов даёт мощный инструмент для выявления скрытых багов, которые обычно ускользают от внимания при функциональном тестировании. В этой статье я представлю 5 практических примеров, как эффективно использовать эти методики и значительно повысить качество тестирования ваших проектов. 🧠💡

Хотите мастерски выявлять дефекты на стыке состояний системы? Курс «Инженер по тестированию» с нуля от Skypro предлагает детальное погружение в методологию тестирования состояний и переходов с практическими заданиями на реальных проектах. Вы научитесь строить эффективные диаграммы состояний, создавать исчерпывающие тест-кейсы и применять профессиональные инструменты для обнаружения сложнейших багов на стыке состояний системы.

Основы тестирования состояний и переходов

Тестирование состояний и переходов — это техника, которая фокусируется на проверке поведения системы при изменении её состояния. Данная методика базируется на представлении системы как конечного автомата (state machine), где:

• Состояния — это стабильные конфигурации системы
• Переходы — это события, вызывающие изменение состояния
• Условия переходов — ограничения, определяющие возможность перехода
• Действия — операции, выполняемые при переходе между состояниями

Тестирование состояний позволяет проверить следующие аспекты:

Для эффективного тестирования состояний и переходов необходимо построить диаграмму состояний, которая визуализирует возможные состояния системы и переходы между ними. При этом важно:

• Определить все возможные состояния системы
• Идентифицировать все допустимые переходы
• Определить действия, которые должны выполняться при переходах
• Выявить условия, при которых происходят переходы
• Определить ожидаемое поведение при попытке недопустимого перехода

Тестирование состояний особенно эффективно для систем с чётко выраженной конечной логикой: платёжных шлюзов, процессов аутентификации, бизнес-процессов обработки заказов и других систем с множественными состояниями. 🔄

Пример 1: Тестирование авторизации пользователей

Алексей Петров, Lead QA Engineer

Когда наша команда тестировала новую систему авторизации для финтех-приложения, мы столкнулись с неочевидным багом. Система иногда блокировала легитимных пользователей после успешного входа с правильными учётными данными. Обычные функциональные тесты не выявляли проблему.

Мы решили применить тестирование состояний и смоделировали диаграмму с 6 состояниями: "Неавторизован", "Ввод учётных данных", "Проверка данных", "Двухфакторная аутентификация", "Авторизован", "Заблокирован". Тщательно проверяя переходы между состояниями, мы обнаружили race condition: если пользователь слишком быстро пытался получить доступ к защищённым данным после авторизации, система интерпретировала это как атаку и блокировала аккаунт.

Без применения тестирования состояний и переходов этот баг мог бы "дожить" до продакшена и вызвать массовые проблемы у пользователей.

Система авторизации — классический пример системы с конечным числом состояний. Рассмотрим, как применить тестирование состояний к этому кейсу:

1. Определение возможных состояний:

   • Неавторизован
   • Процесс ввода учётных данных
   • Проверка учётных данных
   • Двухфакторная аутентификация (2FA)
   • Авторизован
   • Временно заблокирован
   • Постоянно заблокирован

2. Идентификация переходов и триггеров:

3. Составление тест-кейсов для проверки переходов:

• TC1: Неавторизованный пользователь → Успешная авторизация (без 2FA)
• TC2: Неавторизованный → Неудачная попытка (1) → Неудачная попытка (2) → Неудачная попытка (3) → Временная блокировка
• TC3: Неавторизованный → Успешная авторизация → Тайм-аут сессии → Неавторизован
• TC4: Временная блокировка → Ожидание 30+ минут → Успешная авторизация
• TC5: Авторизован → Нажатие "Выход" → Неавторизован

4. Особое внимание к критическим аспектам:

• Состояние сессии при открытии нескольких вкладок
• Запоминание состояния "Временно заблокирован" даже при закрытии браузера
• Корректность обработки "вынужденного" перехода (например, прямой доступ к защищённому URL)
• Сохранение состояния при сбоях соединения во время переходов

Такой подход позволяет выявить множество сложных дефектов, включая проблемы с обработкой таймаутов, неправильные переходы при нестандартных сценариях и ошибки восстановления состояния после сетевых сбоев. 🔐

Пример 2: Проверка систем с конечным автоматом

Конечные автоматы (Finite State Machines, FSM) встречаются во многих программных системах — от микроконтроллеров до веб-интерфейсов. Рассмотрим, как тестировать такие системы на примере процесса оформления заказа в интернет-магазине.

Процесс оформления заказа типично включает следующие состояния:

• Корзина (начальное состояние)
• Ввод данных доставки
• Выбор способа оплаты
• Подтверждение заказа
• Оплата
• Заказ оформлен
• Ошибка оформления

Для эффективного тестирования конечного автомата используем два основных подхода:

1. Метод "0-Switch" (тест состояний) — проверка каждого состояния в изоляции
2. Метод "N-Switch" (тест переходов) — проверка последовательности переходов

Для метода "0-Switch" составим таблицу проверок для каждого состояния:

Для метода "N-Switch" составим маршруты тестирования с различной глубиной (N):

• 1-Switch: Проверка всех прямых переходов между состояниями (например, Корзина → Ввод данных)
• 2-Switch: Проверка последовательностей из двух переходов (Корзина → Ввод данных → Выбор оплаты)
• 3-Switch и более: Более сложные комбинации для выявления дефектов, зависящих от предыстории

Ключевые сценарии для тестирования переходов в конечном автомате:

• Прямое последовательное прохождение всех шагов
• Возврат на предыдущие шаги с сохранением данных
• Прерывание и возобновление процесса (например, закрытие и повторное открытие браузера)
• Попытки "нелогичных" переходов (например, прямой переход к оплате, минуя выбор доставки)
• Обработка таймаутов на различных этапах
• Параллельные сессии с одинаковыми учётными данными

Автоматизация таких тестов может быть реализована с использованием графовых алгоритмов для генерации оптимальных тестовых маршрутов, покрывающих все состояния и переходы с минимальным количеством тестов. 📊

Пример 3: Тестирование переходов в мобильных приложениях

Мария Соколова, Senior Mobile QA Engineer

В прошлом году мы тестировали популярное приложение для фитнес-трекинга. Пользователи жаловались на потерю данных тренировок при переключении между разными экранами. В стандартных чек-листах этот кейс не был учтён, потому что проблема проявлялась только в определённой последовательности переходов.

Мы применили тестирование состояний, смоделировав 12 ключевых экранов приложения и все возможные переходы между ними. Для уязвимых мест (где происходила работа с данными) мы построили более детальные диаграммы состояний по принципу "чёрного ящика".

Наши тесты выявили, что при определённой последовательности действий — запись тренировки → переход на экран статистики → получение push-уведомления → переход в раздел достижений → возврат к тренировке — данные не сохранялись корректно из-за неправильной обработки жизненного цикла Activity. Используя модель состояний, мы обнаружили ещё 5 подобных проблем в других частях приложения до релиза.

Мобильные приложения предъявляют особые требования к тестированию состояний и переходов из-за специфики их жизненного цикла и взаимодействия с пользователем. Рассмотрим ключевые аспекты такого тестирования:

Особенности тестирования состояний в мобильных приложениях:

• Жизненный цикл Activity/Fragment (Android) и UIViewController (iOS)
• Переходы между экранами, включая анимацию и обработку жестов
• Сохранение и восстановление состояния при повороте устройства
• Обработка сворачивания/разворачивания приложения
• Реакция на системные события (входящие звонки, push-уведомления)
• Обработка различных состояний сетевого соединения

Примерный план тестирования переходов для типичного мобильного приложения:

1. Построение диаграммы навигации приложения (карты экранов)
2. Определение переходов между экранами и ожидаемого поведения
3. Идентификация состояний, где хранятся важные данные
4. Проверка стандартных навигационных паттернов (навигация назад, вверх, табы)
5. Тестирование "глубоких ссылок" (deep links) и их влияние на состояние приложения
6. Проверка обработки системных прерываний

Пример сценария тестирования для приложения электронной коммерции:

1. Добавление товара в корзину → Проверка обновления счётчика корзины
2. Переход к оформлению заказа → Поворот устройства → Проверка сохранения данных
3. Во время заполнения адреса получение входящего звонка → Принятие звонка → Возврат в приложение → Проверка сохранения введённых данных
4. Переход к оплате → Потеря сетевого соединения → Проверка корректного отображения ошибки и возможности повторить операцию
5. Успешное оформление заказа → Получение push-уведомления → Переход по уведомлению → Проверка корректного открытия деталей заказа

Инструменты для эффективного тестирования состояний в мобильных приложениях:

• Средства записи и воспроизведения действий (Appium, Espresso, XCTest)
• Инструменты мониторинга жизненного цикла компонентов (Android Monitor, Xcode Instruments)
• Средства имитации системных событий (телефонные звонки, уведомления, изменение сетевого соединения)
• Инструменты анализа потоков навигации (Firebase Analytics с User Journey)

Важно помнить, что мобильные приложения часто работают в непредсказуемой среде с ограниченными ресурсами, что делает тестирование состояний особенно важным для обеспечения стабильности работы и положительного пользовательского опыта. 📱

Хотите освоить профессиональный подход к тестированию мобильных приложений и других сложных систем? Пройдите Тест на профориентацию от Skypro и узнайте, насколько карьера в QA соответствует вашим навыкам и предрасположенностям. Тест определит ваши сильные стороны и подскажет оптимальный путь развития в сфере тестирования — от функционального до работы со сложными состояниями и переходами систем.

Пример 4: Валидация переходов состояний в API

Тестирование API с точки зрения состояний и переходов — это важный, но часто недооцененный аспект валидации серверной части. Рассмотрим, как применять этот подход на примере REST API для управления заказами.

Основные состояния заказа в типичной системе:

• Created (Создан)
• Processing (В обработке)
• Approved (Подтвержден)
• Shipped (Отправлен)
• Delivered (Доставлен)
• Cancelled (Отменен)
• Refunded (Возврат)

При тестировании API необходимо проверять не только функциональность отдельных эндпоинтов, но и корректность обработки переходов между состояниями. Ключевые аспекты тестирования:

1. Валидность переходов — проверка допустимых и недопустимых последовательностей изменения состояний
2. Идемпотентность — повторные запросы не должны приводить к дублированию действий
3. Транзакционность — обеспечение целостности данных при сбоях во время переходов
4. Параллельные запросы — корректная обработка конкурентных изменений состояния
5. Авторизация — проверка прав доступа для каждого перехода

Пример структуры тестов для проверки переходов состояний в API заказов:

Для автоматизации тестирования переходов состояний в API используются следующие подходы:

1. Последовательное тестирование — прохождение стандартных последовательностей от создания до завершения
2. Негативное тестирование — попытки выполнить недопустимые переходы
3. Нагрузочное тестирование переходов — проверка параллельных изменений состояния
4. Тестирование отказоустойчивости — симуляция сбоев во время критических переходов

Пример автоматизированного теста с использованием REST Assured:

@Test
public void testOrderStateTransitions() {
// Создание заказа
String orderId = given()
.contentType(ContentType.JSON)
.body(orderData)
.when()
.post("/api/orders")
.then()
.statusCode(201)
.extract().path("id");

// Проверка начального состояния
assertOrderState(orderId, "Created");

// Переход к обработке
given()
.when()
.put("/api/orders/" + orderId + "/process")
.then()
.statusCode(200);

assertOrderState(orderId, "Processing");

// Попытка недопустимого перехода
given()
.when()
.put("/api/orders/" + orderId + "/deliver")
.then()
.statusCode(400);

// Состояние не должно измениться
assertOrderState(orderId, "Processing");
}

Важный аспект тестирования API — проверка корректного отражения переходов в системах аудита, нотификации и интеграции с внешними сервисами. Например, при изменении статуса заказа на "Shipped" должно отправляться уведомление клиенту, а также обновляться информация в системе складского учёта. 🔄

Пример 5: Тестирование переходов состояний в API

Дополнительно к базовому тестированию API с позиции состояний, важно учитывать особенности, связанные с асинхронной обработкой и согласованностью данных. Рассмотрим более сложный сценарий для платёжного API.

В современных распределённых системах состояние часто изменяется асинхронно, через цепочки сервисов. Например, в платёжном API транзакция может проходить следующие состояния:

• Initiated (Инициирована)
• Authorizing (Авторизация)
• Authorized (Авторизована)
• Capturing (Списание средств)
• Captured (Списание выполнено)
• Failed (Ошибка)
• Refunding (Возврат в процессе)
• Refunded (Возвращена)

Особенности тестирования сложных переходов в API:

• Проверка конечной согласованности — система может временно находиться в противоречивом состоянии, но должна в итоге прийти к согласованному
• Тестирование webhook-уведомлений — проверка корректности и своевременности уведомлений о смене состояния
• Идемпотентность при повторных запросах — особенно важно для операций оплаты
• Обработка длительных процессов — тестирование промежуточных состояний и таймаутов

Пример стратегии тестирования платёжного API:

1. Создание тестовых транзакций с различными параметрами
2. Проверка последовательного прохождения всех состояний
3. Имитация сбоев в различных точках потока (на стороне банка, в сети, в системе)
4. Проверка корректности возврата к предыдущим состояниям при сбоях
5. Тестирование обработки таймаутов от внешних систем
6. Проверка корректности обработки параллельных операций над одним платежом

Для эффективного тестирования асинхронного API полезны следующие инструменты:

• Сервисы-имитаторы внешних платёжных систем с контролируемым поведением
• WebSocket-клиенты для отслеживания обновлений состояния в реальном времени
• Инструменты для настройки нестабильной сети (Network Link Conditioner, Chaos Monkey)
• Средства генерации параллельной нагрузки для выявления проблем согласованности

Пример тестового сценария для проверки обработки сбоев в платёжном API:

1. Инициировать платёж (состояние Initiated)
2. Дождаться перехода в состояние Authorizing
3. Имитировать таймаут от банковской системы
4. Проверить корректный переход в состояние Failed с соответствующим кодом ошибки
5. Выполнить повторную попытку платежа
6. Проверить успешное прохождение полного цикла до Captured
7. Инициировать частичный возврат средств
8. Проверить переход в состояние Partially Refunded

Особое внимание следует уделить взаимодействию с внешними системами, где часто возникают сложности с детерминированностью поведения. Использование макетов (mocks) и стабов (stubs) помогает создать контролируемую среду для проверки всех возможных переходов между состояниями. 📊

Тестирование состояний и переходов — фундаментальный навык, который разделяет начинающих тестировщиков от экспертов. Использование данного подхода позволяет выявлять до 30% критических дефектов, которые невозможно обнаружить другими методами. Начав с визуализации потоков состояний и переходов в системе, вы сможете создать эффективные стратегии тестирования, выявляющие неочевидные ошибки до того, как они достигнут пользователей. Систематическое тестирование переходов — это инвестиция в надёжность и предсказуемость вашего продукта, которая всегда окупается сниженным количеством инцидентов в продакшене.