Mutation Testing Skill

觸發時機

• 單元測試覆蓋率達標（如 > 80%）但仍需確認測試品質時
• 核心演算法或高風險模組開發完成後
• CI/CD 流程中的品質閘門（Quality Gate）階段
• 使用者要求「驗證測試有效性」時

核心任務

執行變異測試（Mutation Testing），量化測試套件的品質，找出「倖存的變異體（Surviving Mutants）」，並據此強化測試案例。

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為什麼需要變異測試？

單元測試覆蓋率（Line Check）只能告訴你「程式碼被執行到了」，但無法告訴你「測試是否驗證了正確的行為」。

"Coverage only checks if the code is executed, Mutation Testing checks if the code is verified."

運作原理

1. 變異 (Mutate)：工具自動修改原始碼的一小部分（例如將 a + b 改為 a - b，或將 return true 改為 return false），產生一個「變異體 (Mutant)」。
2. 測試 (Test)：針對這個變異體執行現有的測試套件。
3. 判定 (Verdict)：
   • Killed (殺死)：如果測試失敗（紅燈），表示測試成功偵測到了這個變異，這是好事。
   • Survived (倖存)：如果測試仍然通過（綠燈），表示測試無法偵測這個錯誤，這是壞事。

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工具選擇

Java (主要支援)

使用 PITest (PIT)，這是目前 Java 生態系最成熟的變異測試工具。

<!-- pom.xml configuration example -->
<plugin>
    <groupId>org.pitest</groupId>
    <artifactId>pitest-maven</artifactId>
    <version>1.15.0</version>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.pitest</groupId>
            <artifactId>pitest-junit5-plugin</artifactId>
            <version>1.2.1</version>
        </dependency>
    </dependencies>
    <configuration>
        <targetClasses>
            <param>com.yourdomain.core.*</param>
        </targetClasses>
        <targetTests>
            <param>com.yourdomain.core.*Test</param>
        </targetTests>
        <mutators>
            <mutator>STRONGER</mutator> <!-- 使用更強的變異算子 -->
        </mutators>
    </configuration>
</plugin>

其他語言建議

• JavaScript/TypeScript: Stryker Mutator
• Python: Mutmut / Cosmic Ray
• Go: Gremlins

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變異算子 (Mutators)

常見的變異類型包括：

1. Conditionals Boundary：i < 10 → i <= 10
2. Math：a + b → a - b
3. Increments：i++ → i--
4. Invert Negatives：-i → i
5. Return Values：return true → return false / return object → return null
6. Void Method Calls：移除對無回傳值方法的呼叫

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分析流程

1. 執行單元測試 (必須全數通過)
       ↓
2. 執行變異測試 (mvn pitest:mutationCoverage)
       ↓
3. 產生報告 (target/pit-reports/index.html)
       ↓
4. 分析倖存變異體 (Analyze Surviving Mutants)
       ↓
5. 強化測試案例 (Add/Refine Test Cases)
       ↓
6. 重複直到 Mutation Score 達標

判定標準

指標	建議閾值	說明
Line Coverage	> 85%	基礎要求
Mutation Score	> 80%	殺死的變異體 / 總變異體
Test Strength	> 80%	只計算有被覆蓋到的程式碼的變異分數

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常見的倖存原因與對策

1. 缺乏斷言 (Missing Assertion)

測試執行了代碼，但沒有檢查結果。

• 對策：補上 assertEquals 或 verify。

2. 斷言過於寬鬆 (Weak Assertion)

只檢查了部分狀態（例如只檢查 List 不為空，沒檢查內容）。

• 對策：檢查具體的值和屬性。

3. 等價變異 (Equivalent Mutant)

變異後的代碼在邏輯上與原代碼等價（例如 i < 10 在迴圈中改成 i != 10）。

• 對策：這是工具限制，標記為 False Positive 或忽略。

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交付產物

執行此 Skill 後，應產出：

1. Mutation Report Analysis：分析主要倖存原因。
2. Improved Test Suite：新增或修改的測試案例，能殺死之前的倖存者。
3. Confidence Assessment：對該模組品質的信心評估。

注意：變異測試極其耗時。建議只針對核心 Domain Logic (Entities, Value Objects, Domain Services) 執行，避免對整個專案執行。