面试题：JavaScript的Jest测试框架的底层原理及优化策略是什么？

Question

深入阐述Jest测试框架在运行测试用例时的底层机制，包括如何发现测试文件、如何管理测试环境、如何执行断言等。并且针对大型项目中Jest测试运行速度慢的问题，提出至少三种优化策略，并详细解释每种策略的原理和适用场景。

Answer 1

Jest测试框架运行测试用例底层机制

1. 发现测试文件：
   • Jest默认会在src目录及其子目录下寻找测试文件。文件名通常遵循__tests__文件夹命名约定，或者文件名以.test.js、.spec.js结尾。
   • 例如，在项目结构src/utils/__tests__/mathUtils.test.js，Jest会识别mathUtils.test.js为测试文件。这是通过配置中的testMatch选项来指定匹配规则实现的，默认值为["**/__tests__/**/*.js?(x)", "**/?(*.)+(spec|test).js?(x)"]。
2. 管理测试环境：
   • 全局环境：Jest会为每个测试文件创建一个单独的JavaScript运行环境，类似浏览器环境，但实际上是基于Node.js的jsdom。它模拟了浏览器的DOM、BOM等对象，使得可以在Node.js环境中运行前端相关的测试。
   • 测试用例级别：在每个测试用例执行前，Jest会自动重置测试环境，确保每个测试用例的独立性，避免相互干扰。例如，一个测试用例中对全局变量的修改不会影响到下一个测试用例。
3. 执行断言：
   • Jest提供了一套丰富的断言库，如expect。expect接收一个实际值，然后可以通过链式调用各种匹配器（如toBe、toEqual等）来定义预期值。
   • 例如，expect(2 + 2).toBe(4)，这里expect(2 + 2)接收实际值4，toBe(4)定义预期值也是4。如果实际值与预期值不匹配，测试用例会失败，并给出详细的错误信息，指出实际值和预期值的差异。

大型项目中Jest测试运行速度慢的优化策略

1. 并行测试：
   • 原理：Jest支持并行运行测试用例，通过--maxWorkers选项（默认值为CPU核心数 - 1）来控制并行度。它会将测试文件分配到不同的worker进程中并行执行，充分利用多核CPU的性能。
   • 适用场景：适用于测试用例之间相互独立，没有共享资源（如全局变量、数据库连接等）的场景。例如，单元测试中对不同模块的独立测试用例，并行执行可以显著提高测试速度。
2. 缓存测试结果：
   • 原理：Jest可以通过--watchAll=false选项关闭watch模式，并结合--cache选项启用缓存。Jest会将测试结果缓存到项目根目录下的.jest文件夹中。当文件没有变化时，直接使用缓存的测试结果，而不需要重新执行测试。
   • 适用场景：在大型项目中，部分代码相对稳定，修改频率较低。对于这些代码的测试用例，缓存可以避免重复执行，提高测试效率。例如，一些基础工具函数的测试，只要工具函数代码不变，测试结果可以复用。
3. 使用测试覆盖率阈值：
   • 原理：通过设置coverageThreshold选项，Jest可以在测试覆盖率达到设定阈值时才通过测试。这样可以避免不必要的测试用例执行，集中精力在关键代码的测试上。例如，如果设置coverageThreshold: { global: { statements: 80 } }，只有当全局代码的语句覆盖率达到80%时测试才会通过。
   • 适用场景：适用于大型项目中需要对核心业务逻辑有较高覆盖率要求的场景。可以优先保证重要代码的测试，而对于一些边缘情况或低风险代码，可以适当降低覆盖率要求，从而减少测试执行时间。