ユニットテストの境界条件とエッジケース

概要

JUnit 5 を使用して Java の境界条件、コーナーケース、および限界値をテストするための体系的なパターン。数値の境界、文字列のエッジケース、コレクションの状態、浮動小数点精度、日時の限界、およびオフバイワンシナリオをカバーします。

いつ使用するか

• 数値の最小値/最大値、null/空白/ホワイトスペース入力
• オーバーフロー/アンダーフロー検証、コレクション境界
• オフバイワンエラー、浮動小数点精度

手順

1. 境界を識別する: 数値の限界値 (MIN_VALUE, MAX_VALUE, ゼロ)、文字列の状態 (null、空、ホワイトスペース)、コレクションサイズ (0, 1, 多数) をリストアップします
2. パラメータ化テストを適用する: @ParameterizedTest を @ValueSource または @CsvSource で複数の境界値に対して使用します
3. 境界の両側をテストする: 各境界より少し下、境界時点、そして少し上の値をカバーします
4. 各境界カテゴリを追加した後、テストを実行する: 問題を早期に発見します
5. 浮動小数点精度を確認する: AssertJ の isCloseTo(expected, within(tolerance)) を許容範囲付きで使用します
6. コレクション状態をテストする: 空 (0)、単一 (1)、多数 (>1) の要素シナリオを明示的にテストします
7. オーバーフロー/アンダーフロー処理: Math.addExact() および Math.subtractExact() を使用して算術オーバーフローを検出します
8. 日時の境界をテストする: うるう年、月の境界、タイムゾーン遷移を確認します
9. 失敗に基づいて反復する: 境界テストが失敗した場合、エラーを分析してテストされていない追加の境界を発見します。新たに発見されたエッジ条件に対するテストケースを追加します

例

必要: junit-jupiter、junit-jupiter-params、assertj-core。

整数境界テスト

import org.junit.jupiter.params.ParameterizedTest;
import org.junit.jupiter.params.provider.ValueSource;
import static org.assertj.core.api.Assertions.*;

class IntegerBoundaryTest {

  @ParameterizedTest
  @ValueSource(ints = {Integer.MIN_VALUE, Integer.MIN_VALUE + 1, 0, Integer.MAX_VALUE - 1, Integer.MAX_VALUE})
  void shouldHandleIntegerBoundaries(int value) {
    assertThat(value).isNotNull();
  }

  @Test
  void shouldDetectIntegerOverflow() {
    assertThatThrownBy(() -> Math.addExact(Integer.MAX_VALUE, 1))
      .isInstanceOf(ArithmeticException.class);
  }

  @Test
  void shouldDetectIntegerUnderflow() {
    assertThatThrownBy(() -> Math.subtractExact(Integer.MIN_VALUE, 1))
      .isInstanceOf(ArithmeticException.class);
  }

  @Test
  void shouldHandleZeroEdge() {
    int result = MathUtils.divide(0, 5);
    assertThat(result).isZero();

    assertThatThrownBy(() -> MathUtils.divide(5, 0))
      .isInstanceOf(ArithmeticException.class);
  }
}

文字列境界テスト

import org.junit.jupiter.params.ParameterizedTest;
import org.junit.jupiter.params.provider.ValueSource;

class StringBoundaryTest {

  @ParameterizedTest
  @ValueSource(strings = {"", " ", "  ", "\t", "\n"})
  void shouldRejectEmptyAndWhitespace(String input) {
    boolean result = StringUtils.isNotBlank(input);
    assertThat(result).isFalse();
  }

  @Test
  void shouldHandleNullString() {
    String result = StringUtils.trim(null);
    assertThat(result).isNull();
  }

  @Test
  void shouldHandleSingleCharacter() {
    assertThat(StringUtils.capitalize("a")).isEqualTo("A");
    assertThat(StringUtils.trim("x")).isEqualTo("x");
  }

  @Test
  void shouldHandleVeryLongString() {
    String longString = "x".repeat(1000000);

    assertThat(longString.length()).isEqualTo(1000000);
    assertThat(StringUtils.isNotBlank(longString)).isTrue();
  }
}

コレクション境界テスト

class CollectionBoundaryTest {

  @Test
  void shouldHandleEmptyList() {
    List<String> empty = List.of();

    assertThat(empty).isEmpty();
    assertThat(CollectionUtils.first(empty)).isNull();
    assertThat(CollectionUtils.count(empty)).isZero();
  }

  @Test
  void shouldHandleSingleElementList() {
    List<String> single = List.of("only");

    assertThat(single).hasSize(1);
    assertThat(CollectionUtils.first(single)).isEqualTo("only");
    assertThat(CollectionUtils.last(single)).isEqualTo("only");
  }

  @Test
  void shouldHandleLargeList() {
    List<Integer> large = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
      large.add(i);
    }

    assertThat(large).hasSize(100000);
    assertThat(CollectionUtils.first(large)).isZero();
    assertThat(CollectionUtils.last(large)).isEqualTo(99999);
  }

  @Test
  void shouldHandleNullInCollection() {
    List<String> withNull = new ArrayList<>(List.of("a", null, "c"));

    assertThat(withNull).contains(null);
    assertThat(CollectionUtils.filterNonNull(withNull)).hasSize(2);
  }
}

浮動小数点境界テスト

class FloatingPointBoundaryTest {

  @Test
  void shouldHandleFloatingPointPrecision() {
    double result = 0.1 + 0.2;
    assertThat(result).isCloseTo(0.3, within(0.0001));
  }

  @Test
  void shouldHandleSpecialFloatingPointValues() {
    assertThat(Double.POSITIVE_INFINITY).isGreaterThan(Double.MAX_VALUE);
    assertThat(Double.NEGATIVE_INFINITY).isLessThan(Double.MIN_VALUE);
    assertThat(Double.NaN).isNotEqualTo(Double.NaN);
  }

  @Test
  void shouldHandleZeroInDivision() {
    assertThat(1.0 / 0.0).isEqualTo(Double.POSITIVE_INFINITY);
    assertThat(-1.0 / 0.0).isEqualTo(Double.NEGATIVE_INFINITY);
    assertThat(0.0 / 0.0).isNaN();
  }
}

日時境界テスト

class DateTimeBoundaryTest {

  @Test
  void shouldHandleMinAndMaxDates() {
    LocalDate min = LocalDate.MIN;
    LocalDate max = LocalDate.MAX;

    assertThat(min).isBefore(max);
    assertThat(DateUtils.isValid(min)).isTrue();
    assertThat(DateUtils.isValid(max)).isTrue();
  }

  @Test
  void shouldHandleLeapYearBoundary() {
    LocalDate leapYearEnd = LocalDate.of(2024, 2, 29);
    assertThat(leapYearEnd).isNotNull();
  }

  @Test
  void shouldRejectInvalidDateInNonLeapYear() {
    assertThatThrownBy(() -> LocalDate.of(2023, 2, 29))
      .isInstanceOf(DateTimeException.class);
  }
}

配列インデックス境界テスト

class ArrayBoundaryTest {

  @Test
  void shouldHandleFirstElementAccess() {
    int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
    assertThat(array[0]).isEqualTo(1);
  }

  @Test
  void shouldHandleLastElementAccess() {
    int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
    assertThat(array[array.length - 1]).isEqualTo(5);
  }

  @Test
  void shouldThrowOnNegativeIndex() {
    int[] array = {1, 2, 3};
    assertThatThrownBy(() -> array[-1])
      .isInstanceOf(ArrayIndexOutOfBoundsException.class);
  }

  @Test
  void shouldThrowOnOutOfBoundsIndex() {
    int[] array = {1, 2, 3};
    assertThatThrownBy(() -> array[10])
      .isInstanceOf(ArrayIndexOutOfBoundsException.class);
  }

  @Test
  void shouldHandleEmptyArray() {
    int[] empty = {};
    assertThat(empty.length).isZero();
    assertThatThrownBy(() -> empty[0])
      .isInstanceOf(ArrayIndexOutOfBoundsException.class);
  }
}

ベストプラクティス

• 境界を明示的にテストする: ランダムテストに依存しないでください
• null と空を有効入力とは別にテストする
• パラメータ化テストを使用 して複数の境界ケースに対応します
• 境界の両側をテストする (少し下、時点、少し上)
• 無効な境界入力のエラーメッセージを確認する
• なぜ特定の境界が重要かを文書化する (ドメイン別)
• すべての数値操作でオーバーフロー/アンダーフロー をテストします

制約と警告

• 整数オーバーフロー: Math.addExact() を使用して静かなオーバーフローを検出します
• 浮動小数点精度: 完全一致性を使用しないでください。常に許容範囲ベースのアサーションを使用してください
• NaN の動作: NaN != NaN; Float.isNaN() または Double.isNaN() を使用してください
• コレクションサイズ制限: 大規模なテストコレクションではメモリに注意してください
• 文字列エンコーディング: 国際化対応に Unicode 文字でテストしてください
• 日時境界: タイムゾーン遷移と夏時間を考慮してください
• 配列インデックス: インデックス 0、length-1、および範囲外の 3 つを常にテストしてください

参考文献

• Integer.MIN_VALUE/MAX_VALUE
• Double.MIN_VALUE/MAX_VALUE
• AssertJ Floating Point
• Boundary Value Analysis
• references/concurrent-testing.md - スレッドセーフティパターン
• references/parameterized-patterns.md - オフバイワンとパラメータ化の例