Testcontainers 資料庫整合測試指南

EF Core InMemory 的限制

在選擇測試策略前，必須了解 EF Core InMemory 資料庫的重大限制：

1. 交易行為與資料庫鎖定

• 不支援資料庫交易 (Transactions)：SaveChanges() 後資料立即儲存，無法進行 Rollback
• 無資料庫鎖定機制：無法模擬並發 (Concurrency) 情境下的行為

2. LINQ 查詢差異

• 查詢翻譯差異：某些 LINQ 查詢（複雜 GroupBy、JOIN、自訂函數）在 InMemory 中可執行，但轉換成 SQL 時可能失敗
• Case Sensitivity：InMemory 預設不區分大小寫，但真實資料庫依賴校對規則 (Collation)
• 效能模擬不足：無法模擬真實資料庫的效能瓶頸或索引問題

3. 資料庫特定功能

InMemory 模式無法測試：預存程序、Triggers、Views、外鍵約束、檢查約束、資料類型精確度、Concurrency Tokens 等。

結論：當需要驗證複雜交易邏輯、並發處理、資料庫特定行為時，應使用 Testcontainers 進行整合測試。

Testcontainers 核心概念

Testcontainers 是一個測試函式庫，提供輕量好用的 API 來啟動 Docker 容器，專門用於整合測試。

核心優勢

1. 真實環境測試：使用真實資料庫，測試實際 SQL 語法與資料庫限制
2. 環境一致性：確保測試環境與正式環境使用相同服務版本
3. 清潔測試環境：每個測試有獨立乾淨的環境，容器自動清理
4. 簡化開發環境：開發者只需 Docker，不需安裝各種服務

必要套件

<ItemGroup>
  <!-- 測試框架 -->
  <PackageReference Include="Microsoft.NET.Test.Sdk" Version="18.3.0" />
  <PackageReference Include="xunit" Version="2.9.3" />
  <PackageReference Include="xunit.runner.visualstudio" Version="3.1.5" />
  <PackageReference Include="AwesomeAssertions" Version="9.4.0" />

  <!-- Testcontainers 核心套件 -->
  <PackageReference Include="Testcontainers" Version="4.11.0" />

  <!-- 資料庫容器 -->
  <PackageReference Include="Testcontainers.PostgreSql" Version="4.11.0" />
  <PackageReference Include="Testcontainers.MsSql" Version="4.11.0" />

  <!-- Entity Framework Core -->
  <PackageReference Include="Microsoft.EntityFrameworkCore" Version="9.0.0" />
  <PackageReference Include="Microsoft.EntityFrameworkCore.SqlServer" Version="9.0.0" />
  <PackageReference Include="Npgsql.EntityFrameworkCore.PostgreSQL" Version="9.0.0" />

  <!-- Dapper (可選) -->
  <PackageReference Include="Dapper" Version="2.1.72" />
  <PackageReference Include="Microsoft.Data.SqlClient" Version="7.0.0" />
</ItemGroup>

重要：使用 Microsoft.Data.SqlClient 而非舊版 System.Data.SqlClient，提供更好的效能與安全性。

環境需求

• Windows 10 版本 2004+，啟用 WSL 2，8GB RAM（建議 16GB+），64GB 磁碟空間
• Docker Desktop 建議設定：Memory 6GB、CPUs 4 cores、Swap 2GB、Disk 64GB

基本容器操作模式

使用 IAsyncLifetime 管理容器生命週期，在 InitializeAsync 中啟動容器並建立 DbContext，在 DisposeAsync 中釋放資源。支援 PostgreSQL（PostgreSqlBuilder）和 SQL Server（MsSqlBuilder）。

完整程式碼範例請參考 references/container-basics.md

Collection Fixture 模式：容器共享

在大型專案中，每個測試類別都建立新容器會遇到嚴重的效能瓶頸。Collection Fixture 讓所有測試類別共享同一個容器，測試執行時間可減少約 67%。

包含 SQL 腳本外部化策略（將 SQL 檔案從 C# 程式碼分離）與 Wait Strategy 最佳實務。

完整 Collection Fixture 實作、SQL 腳本外部化與 Wait Strategy 範例請參考 references/collection-fixture-and-scripts.md

EF Core 進階功能測試

涵蓋 Include/ThenInclude 多層關聯查詢、AsSplitQuery 避免笛卡兒積、N+1 查詢問題驗證、AsNoTracking 唯讀查詢最佳化等完整測試範例。

完整程式碼範例請參考 references/orm-advanced-testing.md

Dapper 進階功能測試

涵蓋基本 CRUD 測試類別設置、QueryMultiple 一對多關聯處理、DynamicParameters 動態查詢建構等完整測試範例。

完整程式碼範例請參考 references/orm-advanced-testing.md

Repository Pattern 設計原則

介面分離原則 (ISP) 的應用

• IProductRepository：基礎 CRUD 操作介面（GetAll、GetById、Add、Update、Delete）
• IProductByEFCoreRepository：EF Core 特有進階功能（SplitQuery、BatchUpdate、NoTracking）
• IProductByDapperRepository：Dapper 特有進階功能（多表查詢、動態參數、預存程序）

設計優勢

1. 單一職責原則 (SRP)：每個介面專注於特定職責
2. 介面隔離原則 (ISP)：使用者只需依賴所需的介面
3. 依賴反轉原則 (DIP)：高層模組依賴抽象而非具體實作
4. 測試隔離性：可針對特定功能進行精準測試

常見問題處理

Docker 容器啟動失敗

# 檢查連接埠是否被佔用
netstat -an | findstr :5432

# 清理未使用的映像檔
docker system prune -a

ContainerNotRunningException（4.8.0+ 新增）

Testcontainers 4.8.0 起，預設等待策略改為等待容器進入 Running 狀態。若容器未能正常啟動，會拋出此例外。常見原因：映像檔名稱錯誤、Docker 資源不足、連接埠衝突。

記憶體不足問題

• 調整 Docker Desktop 記憶體配置
• 限制同時執行的容器數量
• 使用 Collection Fixture 共享容器

測試資料隔離

在 Dispose 中按照外鍵約束順序清理資料（OrderItems → Orders → Products → Categories）。

輸出格式

• 產生使用 Testcontainers 的 xUnit 整合測試類別（.cs 檔案）
• 包含 IAsyncLifetime 容器生命週期管理程式碼
• 包含 Collection Fixture 共享容器設定
• 產生外部化 SQL 腳本檔案（.sql）與對應的 .csproj 設定
• 包含 Repository Pattern 介面與實作範例

參考資源

原始文章

本技能內容提煉自「老派軟體工程師的測試修練 - 30 天挑戰」系列文章：

• Day 20 - Testcontainers 初探：使用 Docker 架設測試環境

  • 鐵人賽文章：https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10376401
  • 範例程式碼：https://github.com/kevintsengtw/30Days_in_Testing_Samples/tree/main/day20

• Day 21 - Testcontainers 整合測試：MSSQL + EF Core 以及 Dapper 基礎應用

  • 鐵人賽文章：https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10376524
  • 範例程式碼：https://github.com/kevintsengtw/30Days_in_Testing_Samples/tree/main/day21

官方文件

• Testcontainers 官方網站
• Testcontainers for .NET
• Testcontainers for .NET / Modules

相關技能

• dotnet-testing-advanced-testcontainers-nosql - NoSQL 容器測試（MongoDB、Redis）
• dotnet-testing-advanced-webapi-integration-testing - 完整 WebAPI 整合測試
• dotnet-testing-advanced-aspnet-integration-testing - ASP.NET Core 基礎整合測試
• dotnet-testing-advanced-xunit-upgrade-guide - xUnit v3 升級指南（含 Testcontainers.XunitV3 整合說明）

xUnit v3 使用者注意：搭配 xUnit v3 時，可使用 Testcontainers.XunitV3（4.9.0）套件自動管理容器生命週期，取代手動實作 IAsyncLifetime。