TDD คืออะไร ? รู้จักการพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ เพื่อสร้างซอฟต์แวร์ที่แข็งแกร่ง

TDD คืออะไร ? รู้จักแนวทางสร้างซอฟต์แวร์ที่แข็งแกร่ง เน้นการทดสอบเป็นหัวใจหลัก

เวลาที่เราพัฒนาซอฟต์แวร์ หรือแอปพลิเคชันตัวหนึ่งขึ้นมา เราก็มักจะได้ยินคำว่า "เขียนโค้ดให้ดีตั้งแต่แรก ดีกว่ามานั่งแก้ปัญหาทีหลัง" ซึ่งมันก็เป็นดังวลีนั้นจริง ๆ และมันยังเป็นหัวใจสำคัญของ "Test-Driven Development" หรือตัวย่อคือ "TDD" หากแปลเป็นภาษาไทยคือ "การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ" (แปลจาก Google Translate คือ "การพัฒนาที่ขับเคลื่อนด้วยการทดสอบ")

หากเรากำลังสร้างตึกสูง แล้ววางรากฐานอย่างแข็งแกร่งตั้งแต่ต้น ตึกของเราก็จะมั่นคง และปลอดภัย ซอฟต์แวร์ก็เช่นกัน ถ้าเราออกแบบโดยให้การทดสอบเป็นศูนย์กลางตั้งแต่ต้น ก็จะช่วยลดข้อผิดพลาดในอนาคต ทำให้ระบบมีคุณภาพ และง่ายต่อการปรับปรุงในระยะยาวนั่นเอง ...

การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ คืออะไร ? (What is Test Driven Development ?)

การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ (TDD) เป็นกระบวนการที่ช่วยให้นักพัฒนาเขียนโค้ดได้ดีขึ้น, มีประสิทธิภาพมากขึ้น และมั่นใจได้ว่าโค้ดของพวกเขาทำงานถูกต้องตั้งแต่ต้น ดังนั้นในบทความนี้จะพาทุกคนไปรู้จักกับ แนวทาง TDD อย่างลึกซึ้ง ตั้งแต่หลักการพื้นฐาน, ขั้นตอนการทำงาน, ข้อดี และข้อเสีย ไปจนถึงตัวอย่างการนำไปใช้ เพื่อให้ทุกคนเห็นถึงความสำคัญของแนวทางนี้

ภาพจาก : https://starsevensix.com/software-and-application-integration/

TDD เป็นแนวทางการพัฒนาซอฟต์แวร์แบบหนึ่งที่ให้ความสำคัญกับการเขียน ชุดทดสอบ (Test Cases) ก่อนการเขียนโค้ดจริง หรือพูดง่าย ๆ ก็คือ "ทดสอบก่อน พัฒนาโค้ดทีหลัง" ซึ่งวิธีการนี้ช่วยให้นักพัฒนา (Developer) สามารถเขียนโค้ดที่ถูกต้องได้ตั้งแต่ต้น และลดข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นภายหลังอีกด้วย

TDD เป็นกระบวนการที่ทำงานผ่าน วัฏจักรการพัฒนาแบบสั้น และรวดเร็ว (Short Development Cycles) ซึ่งประกอบไปด้วย 3 ขั้นตอนหลักคือ เขียนบททดสอบ (Test) , เขียนโค้ดให้ผ่านการทดสอบ แล้วท้ายที่สุดคือ ปรับปรุงโค้ด (Refactor) โดยกระบวนการนี้จะถูกทำซ้ำ ๆ อย่างต่อเนื่องเพื่อให้ซอฟต์แวร์ หรือแอปพลิเคชันมีคุณภาพสูงขึ้น การใช้ TDD ช่วยให้โค้ดทำงานได้ถูกต้อง และยังมีส่วนช่วยในการพัฒนาโครงสร้าง และสถาปัตยกรรมของซอฟต์แวร์ให้ดีขึ้นด้วยเช่นกัน

ภาพจาก : https://shiftmag.dev/wp-content/uploads/2023/08/TDD.png?x73249

และเนื่องจากความเร็วของวัฏจักรการพัฒนาใน TDD นั้นสูงมาก การดำเนินการแบบแมนนวล หรือให้คนมาเขียนทดสอบเองจึงเป็นไปไม่ได้ ดังนั้น TDD จะต้องอาศัยเครื่องมือ และ เฟรมเวิร์ก (Framework) ที่ช่วยให้การทดสอบสามารถทำงานได้อย่างอัตโนมัตินั่นเอง

การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ ทำงานอย่างไร ? (How does Test Driven Development work ?)

การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ (TDD) เป็นกระบวนที่ทำซ้ำไปซ้ำมา มีโครงสร้างชัดเจน โดยแต่ละรอบของ TDD จะเริ่มต้นจากการเขียนชุดทดสอบ (Test Case) ก่อน แล้วจึงพัฒนาโค้ดให้ผ่านการทดสอบนั้น ๆ ท้ายที่สุดคือทำการปรับปรุงโค้ดให้สะอาดขึ้น โดยจะมีรายละเอียดในแต่ละขั้นตอนดังนี้

ภาพจาก : https://www.whizlabs.com/blog/what-is-tdd-and-its-phases/

1. คิด และเขียนชุดทดสอบ (Think & Write Test Case)

ในขั้นตอนแรกนั้น นักพัฒนาจะต้องเขียนชุดทดสอบสำหรับฟีเจอร์ หรือฟังก์ชันที่ต้องการสร้างขึ้น โดยยังไม่ได้สร้างโค้ดฟังก์ชันนั้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่ต้องใช้ความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับข้อกำหนดของระบบ ซึ่งการเขียนทดสอบล่วงหน้าช่วยให้เราแน่ใจได้ว่ากำลังออกแบบโค้ดที่ เน้นไปที่ความต้องการของซอฟต์แวร์นั้นจริง ๆ ไม่ใช่แค่การใส่มั่ว ๆ ให้โค้ดเหมือนทำงานได้

2. รันทดสอบ และให้มันล้มเหลว (Red - Failure of Test Case)

จากขั้นตอนที่ผ่านมาเราได้สร้างชุดทดสอบ และในขั้นตอนนี้เมื่อรันชุดทดสอบที่เขียนขึ้น มันจะต้องล้มเหลวแน่นอน เพราะว่ายังไม่มีโค้ดที่ทำงานได้จริง แต่ตรงนี้เป็นเรื่องปกติ และยังเป็นส่วนสำคัญของ TDD ด้วยเพราะช่วยให้เรารู้ว่าทดสอบของเราทำงานได้ถูกต้อง

3. เขียนโค้ดให้ผ่านการทดสอบ (Write Just Enough Code to Pass the Test)

หลังจากทดสอบแล้วพบข้อผิดพลาด จากนั้นนักพัฒนาจะเริ่มเขียนโค้ด "เท่าที่จำเป็น" เพื่อให้ชุดทดสอบที่เขียนไว้สามารถทำงานผ่านได้ เอาแบบว่าแค่พอให้มันผ่าน ไม่ต้องเขียนอะไรเกินจำเป็น เช่น หากเราต้องการให้ 2+3 ออกมาเป็น 5 เราก็แค่เขียนโค้ดที่ทำให้ผลลัพธ์ออกมาเป็น 5 โดยไม่ต้องคิดถึงกรณีอื่น ๆ

4. ตรวจสอบว่าการทดสอบอื่น ๆ ยังผ่านอยู่ (Ensure All Old Test Cases Pass)

ขั้นตอนนี้เป็นการตรวจสอบว่าการแก้ไขโค้ดที่ทำใหม่นั้นจะไม่ทำให้ฟีเจอร์เดิมเสียหาย นักพัฒนาจะต้องรันชุดทดสอบทั้งหมดของโปรแกรม ถ้ามีข้อผิดพลาดเกิดขึ้น แสดงว่าโค้ดใหม่อาจทำให้ระบบเดิมมีปัญหา

5. ปรับปรุงโค้ดให้สะอาดขึ้น (Refactor the Code to Clean It)

หลังจากโค้ดทำงานได้ถูกต้องและผ่านชุดทดสอบแล้ว นักพัฒนาจะทำการ Refactor หรือปรับโครงสร้างโค้ดให้มีความสะอาด, อ่านง่าย และบำรุงรักษาง่ายขึ้น สิ่งที่ทำก็เช่น ลดความซ้ำซ้อน, ปรับปรุงโครงสร้างของฟังก์ชัน และจัดระเบียบโค้ดให้เป็นระบบมากขึ้น โดยที่ฟังก์ชันการทำงานยังคงเหมือนเดิม

6. ทำซ้ำกระบวนการ (Repeat the Cycle)

เมื่อเสร็จสิ้นขั้นตอนทั้งหมด กระบวนการนี้จะถูกวนซ้ำอีกครั้งสำหรับฟีเจอร์ใหม่ ๆ ด้วยกระบวนการที่เป็นระบบนี้ทำให้แน่ใจว่า ทุกการพัฒนามีการตรวจสอบคุณภาพอย่างต่อเนื่อง และลดโอกาสในการเกิดข้อผิดพลาดในระยะยาวนั่นเอง

ข้อดีของการใช้รูปแบบ การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ (Benefits of using Test Driven Development)

1. ช่วยให้โค้ดมีโครงสร้างที่ดี และแยกส่วนได้ง่าย

เมื่อใช้ TDD นักพัฒนาซอฟต์แวร์จะถูกบังคับให้เขียนโค้ดที่สามารถทดสอบได้ง่ายแต่แรก ทำให้โค้ดมักเป็นโมดูล (Modular) มีการแยกส่วนที่ชัดเจน ซึ่งโค้ดประเภทนี้ดูแลรักษาง่าย, แก้ไขได้สะดวก และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้นั่นเอง

2. ลดค่าใช้จ่ายในการพัฒนา

การตรวจจับข้อผิดพลาดตั้งแต่ต้นน้ำช่วยให้ทีมไม่ต้องเสียเวลา และทรัพยากรในการแก้ บั๊ก (Bug) ในภายหลัง ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการพัฒนาซอฟต์แวร์ในระยะยาว

ภาพจาก : https://www.freepik.com

3. ทำให้การปรับปรุง และเปลี่ยนแปลงโค้ดง่ายขึ้น

TDD ใช้แนวคิดที่ เขียนโค้ดให้มันทำงานได้ก่อน (Red-Green) แล้วค่อย ทำให้มันถูกต้อง (Refactor) ภายหลัง ซึ่งหมายความว่านักพัฒนาสามารถเพิ่มฟีเจอร์ใหม่ หรือปรับปรุงโค้ดเดิมได้โดยไม่ต้องกลัวว่าจะไปเพิ่ม หรือ แก้ไขผิดจุด

ภาพจาก : https://mbauza.medium.com/red-green-refactor-1a3fb160e649

4. ช่วยให้ทีมพัฒนาเข้าใจโค้ดได้ง่ายขึ้น

เนื่องจากการทดสอบถูกเขียนก่อนจะสร้างโค้ดจริง นักพัฒนาคนอื่น ๆ สามารถดูชุดทดสอบเพื่อให้เข้าใจว่าฟังก์ชันนั้น ๆ ควรทำงานอย่างไร ช่วยให้การเรียนรู้ และทำความเข้าใจโปรเจกต์เป็นไปได้เร็วขึ้น อีกทั้ง TDD ยังส่งเสริมการสื่อสารระหว่างนักพัฒนาด้วยกัน เพราะทุกคนต้องเข้าใจ และตกลงกันก่อนว่าจะทดสอบอะไร ? และฟังก์ชันนั้นควรทำงานอย่างไร ? ช่วยให้การทำงานเป็นทีมราบรื่นขึ้น

5. เพิ่มความมั่นใจในการเปลี่ยนแปลงโค้ด

เมื่อมีชุดทดสอบที่ครอบคลุมทุกกรณี นักพัฒนาจะสามารถเปลี่ยนแปลงโค้ดในแต่ละส่วนได้โดยไม่ต้องกังวลมากนัก เพราะสามารถรันทดสอบเพื่อตรวจสอบความถูกต้องในส่วนเคสนั้น ๆ ได้ทันที

6. ช่วยให้โค้ดพัฒนาไปในทิศทางที่ดีขึ้น

เนื่องจาก TDD เน้นการทดสอบก่อน นักพัฒนาจะต้องคิด และวางแผนโครงสร้างโค้ดให้ดีขึ้นก่อนเริ่มเขียนจริง ซึ่งช่วยให้ซอฟต์แวร์มีคุณภาพสูงขึ้นและมีโครงสร้างที่แข็งแรง

7. ลดความเครียดของนักพัฒนา

การมีชุดทดสอบอัตโนมัติช่วยให้นักพัฒนาสามารถตรวจสอบโค้ดได้แบบเรียลไทม์ ลดความกดดันในการตรวจหาข้อผิดพลาดด้วยตนเอง ซึ่งสร้างความเหนื่อยล้ามาก

ภาพจาก : https://woz-u.com/blog/how-stressful-is-software-development/

ข้อสังเกตของ การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ (Disadvantages of Test Driven Development)

ถึงแม้ว่า การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ (TDD) จะมีข้อดีอยู่มากมาย แต่มันก็มีบางจุดที่ควรพิจารณาก่อนนำมาใช้อยู่เหมือนกัน ลองดูข้อมูลจากด้านล่างได้เลย

1. ใช้เวลาเพิ่มขึ้นในช่วงแรก

การเขียนชุดทดสอบก่อนเริ่มต้นพัฒนาอาจใช้เวลานานกว่าการเขียนโค้ดไปตรง ๆ โดยไม่มีทดสอบ แต่ถ้าหากมองถึงประโยชน์ในระยะยาว ก็จะช่วยลดเวลาการแก้ไขบั๊ก และการดูแลรักษาโค้ด ได้มากกว่า

2. ต้องใช้ทักษะ และวินัยในการเขียนทดสอบ

TDD ไม่ได้ผลดีหากนักพัฒนาเขียนชุดทดสอบที่ไม่มีคุณภาพ ดังนั้นการออกแบบทดสอบที่ดีต้องใช้ประสบการณ์ และความเข้าใจในระบบ มิฉะนั้นอาจทำให้ได้โค้ดที่ไม่ครอบคลุมทุกกรณี

3. อาจไม่เหมาะกับทุกโปรเจกต์

ในบางกรณี เช่น โครงการที่ต้องการความเร็วสูง หรือโปรเจกต์ขนาดเล็ก การใช้ TDD อาจเป็นการเพิ่มภาระงานโดยไม่จำเป็น นอกจากนี้บางระบบที่มีความซับซ้อนสูงอาจทำให้การเขียนชุดทดสอบก่อนทำได้ยากมากขึ้นไปอีก

ภาพจาก : https://www.linkedin.com/pulse/how-do-you-learn-large-projectssoftware-development-just-said-mouhoun-msayf

4. ต้องคอยปรับปรุงชุดทดสอบอยู่เสมอ

เมื่อโค้ดเปลี่ยนไป ชุดทดสอบก็ต้องอัปเดตให้รองรับกับโค้ดใหม่ด้วย ถ้าไม่ดูแลทดสอบให้ดี อาจเกิดปัญหาที่เรียกว่า "Test Maintenance Overhead" ซึ่งทำให้เสียเวลาในการจัดการทดสอบเก่า ๆ ที่ใช้ไม่ได้แล้ว

ตัวอย่างการใช้งานจริงของ การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ (Real-World Examples of Test Driven Development)

การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ (TDD) ได้รับการนำไปใช้อย่างจริงจังในโครงการซอฟต์แวร์ขนาดใหญ่ โดยเฉพาะใน ภาษา Java ซึ่งมีระบบนิเวศ (Environment) ที่รองรับการเขียนทดสอบเป็นอย่างดี เราลองมาดูตัวอย่างขององค์กร และโครงการที่ประสบความสำเร็จในการใช้ TDD กัน

1. Apache Tomcat 

ภาพจาก : https://www.linkedin.com/pulse/what-apache-tomcat-http-server-razedul-islam-cot5c

Apache Tomcat เป็นหนึ่งในเซิร์ฟเวอร์ Java Servlet และ JSP ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ซึ่งทีมพัฒนาได้ใช้หลักการของ TDD มาเป็นเวลานาน โดยมีแนวทางการใช้ TDD ดังนี้

1. เขียนชุดทดสอบก่อนเพิ่มฟีเจอร์ใหม่
2. ทดสอบก่อนแก้ไขบั๊ก เพื่อให้แน่ใจว่าปัญหานั้นถูกตรวจพบจริง
3. ใช้ JUnit และ TestNG เป็นเฟรมเวิร์กหลักในการทดสอบ

ผลลัพธ์ที่ได้จากการใช้ TDD คือระบบมีความ เสถียร และเชื่อถือได้ เนื่องจากโค้ดผ่านการตรวจสอบจากชุดทดสอบก่อนทุกครั้ง, ลด Regression Bug หรือปัญหาที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆ เมื่อมีการอัปเดตโค้ด และท้ายสุดคือทำให้ทีมพัฒนากล้าทดลองเปลี่ยนแปลงโค้ด เพราะมีชุดทดสอบคอยรองรับอยู่

2. JetBrains IntelliJ IDEA

ภาพจาก : https://www.jetbrains.com/idea/

JetBrains เป็นบริษัทซอฟต์แวร์ชื่อดังที่อยู่เบื้องหลัง IntelliJ IDEA ที่เป็น IDE ยอดนิยมสำหรับนักพัฒนา Java ทีมของ JetBrains ใช้หลักการของ TDD อย่างเคร่งครัด และถือว่าเป็นปัจจัยสำคัญที่ช่วยเพิ่มคุณภาพของซอฟต์แวร์ของพวกเขาเลย ซึ่งแนวทางการใช้ TDD ของ JetBrains เป็นดังนี้

1. ใช้ TDD ในการพัฒนา IntelliJ IDEA ตั้งแต่เริ่มต้น
2. เขียนชุดทดสอบอัตโนมัติก่อนการพัฒนาโค้ดใหม่
3. ใช้ Continuous Integration (CI) เพื่อให้แน่ใจว่าทุกการเปลี่ยนแปลงผ่านการทดสอบ

ผลลัพธ์ที่ได้จากการใช้ TDD คือ คุณภาพโค้ดสูงขึ้น เพราะทุกฟีเจอร์ต้องผ่านการทดสอบก่อน, ตรวจจับบั๊กได้เร็วขึ้น ทำให้ทีมสามารถแก้ไขได้ก่อนที่ปัญหาจะไปถึงผู้ใช้ และท้ายที่สุดคือเพิ่มประสิทธิภาพของนักพัฒนา เพราะพวกเขาสามารถทำงานได้เร็วขึ้นโดยไม่ต้องกังวลกับบั๊กที่อาจเกิดขึ้นนั่นเอง

สรุปแล้ว การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ ดีหรือไม่? (In Conclusion, is Test Driven Development good or not ?)

สรุปแล้ว การพัฒนาโดยใช้การทดสอบเป็นตัวนำ (TDD) เป็นแนวทางที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถเพิ่มคุณภาพของซอฟต์แวร์, ลดข้อผิดพลาด และทำให้โค้ดมีความยืดหยุ่น ดูแลรักษาได้ง่ายขึ้น แต่การนำ TDD มาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุดนั้น ต้องอาศัยวินัย และความเข้าใจที่ดีในการเขียนชุดทดสอบ หากใช้ไม่ถูกต้องอาจทำให้กระบวนการพัฒนาดูซับซ้อน และใช้เวลานานมากกว่าปกติ

ในมุมของ Java มีเฟรมเวิร์ก และไลบรารีหลายตัวที่ช่วยให้การนำ TDD ไปใช้งานได้ง่ายขึ้น เช่น JUnit, Mockito, TestNG โดยรวมแล้ว TDD เป็นแนวทางที่ดี และคุ้มค่าสำหรับโครงการที่ต้องการความเสถียร และการดูแลรักษาในระยะยาวที่มั่นคงนั่นเอง