Java+Selenium自动化测试入门:环境搭建、元素定位与等待机制详解
1. 项目概述:为什么是Java+Selenium?
如果你是一名Java开发者,或者正在学习Java,并且对自动化测试或者网页数据抓取感兴趣,那么“Java+Selenium”这个组合对你来说,可能是一个效率倍增器。我最初接触这个组合,是因为厌倦了重复的手工点击和表单填写。无论是测试一个Web应用的功能回归,还是需要定时从某个网站上抓取一些公开数据,手动操作不仅耗时,还容易出错。Selenium的出现,就像给浏览器装上了一双可以编程的手,而Java,作为一门成熟、稳定、生态丰富的语言,是驱动这双手的可靠大脑。
简单来说,Selenium是一个用于Web应用程序自动化测试的工具套件。它支持多种浏览器(Chrome、Firefox、Edge等)和多种编程语言(Java、Python、C#等)。我们这里选择Java,是因为它强大的类型系统、丰富的库支持(如TestNG、JUnit用于测试组织,Log4j用于日志记录)以及在企业级应用中的广泛使用,使得构建健壮、可维护的自动化脚本成为可能。这个入门指南,旨在帮你快速搭建环境,理解核心概念,并写出你的第一个自动化脚本,绕过那些我当初踩过的坑。
2. 环境准备与核心依赖配置
万事开头难,环境配置往往是第一个拦路虎。配置不对,后面所有的代码都跑不起来。我会详细列出每一步,并解释为什么这么做,确保你一次成功。
2.1 Java开发环境搭建
Selenium需要Java运行环境。我强烈建议使用JDK 11或JDK 17这两个长期支持(LTS)版本,它们在稳定性和社区支持上都有保障。避免使用过旧(如JDK 8以下)或过新的非LTS版本,以免遇到兼容性问题。
-
下载与安装 :前往Oracle官网或Adoptium等开源站点下载合适的JDK安装包。安装过程很简单,一路“下一步”即可。关键点在于记住安装路径,比如
C:\Program Files\Java\jdk-17。 -
配置环境变量 :这是新手最容易出错的地方。你需要配置两个系统环境变量:
JAVA_HOME:变量值就是你的JDK安装路径,例如C:\Program Files\Java\jdk-17。这个变量告诉系统Java的“家”在哪里。Path:在Path变量中,添加%JAVA_HOME%\bin。这相当于把Java的可执行文件目录(如java.exe,javac.exe)加入到系统的命令搜索路径中。
配置完成后,打开命令行(CMD或PowerShell),输入
java -version和javac -version。如果都能正确显示版本号,说明配置成功。
注意 :很多教程只让改Path,但规范地设置
JAVA_HOME是业界最佳实践,后续像Maven、Gradle等构建工具,以及一些IDE都会依赖这个变量。
2.2 构建工具与依赖管理
对于Java项目,我推荐使用Maven或Gradle来管理依赖,它们能自动下载所需的库(JAR包),解决版本冲突,比手动下载JAR包要优雅得多。这里以Maven为例,因为它更直观。
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安装Maven :从Apache官网下载Maven二进制包,解压到某个目录(如
D:\apache-maven-3.8.6)。同样,需要配置环境变量:MAVEN_HOME:设置为你的Maven解压路径。Path:添加%MAVEN_HOME%\bin。 命令行输入mvn -v验证。
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创建Maven项目 :你可以使用IDE(如IntelliJ IDEA或Eclipse)直接创建Maven项目,也可以在命令行使用
mvn archetype:generate命令生成。IDE会更方便。 -
配置
pom.xml:这是Maven项目的核心配置文件。我们需要在其中添加Selenium的依赖。打开项目根目录下的pom.xml文件,在<dependencies>标签内添加如下内容:
<dependencies>
<!-- Selenium Java Client -->
<dependency>
<groupId>org.seleniumhq.selenium</groupId>
<artifactId>selenium-java</artifactId>
<version>4.14.0</version> <!-- 请使用当时最新稳定版 -->
</dependency>
<!-- WebDriverManager:自动管理浏览器驱动 -->
<dependency>
<groupId>io.github.bonigarcia</groupId>
<artifactId>webdrivermanager</artifactId>
<version>5.6.2</version>
</dependency>
<!-- 测试框架,用于组织测试用例 -->
<dependency>
<groupId>org.testng</groupId>
<artifactId>testng</artifactId>
<version>7.8.0</version>
<scope>test</scope>
</dependency>
</dependencies>
为什么这么配?
selenium-java:这是主依赖,包含了Selenium WebDriver的所有Java客户端API。webdrivermanager:这是一个神器!传统方式需要你手动下载ChromeDriver、GeckoDriver等,并放到系统路径。WebDriverManager会在运行时自动检测你的浏览器版本,并下载匹配的驱动,极大简化了环境配置。这是我强烈推荐必装的库。testng:一个比JUnit功能更丰富的测试框架,支持分组、依赖、参数化等,更适合组织复杂的自动化测试用例。当然,你也可以用JUnit。
保存 pom.xml 后,IDE会自动下载依赖(或手动执行 mvn compile )。看到项目 External Libraries 里出现相关JAR包,就说明依赖配置成功了。
3. 第一个自动化脚本:打开浏览器与基本操作
环境就绪,我们来写第一个脚本。目标是打开Chrome浏览器,访问百度首页,在搜索框输入“Selenium”,然后点击搜索按钮。
3.1 脚本编写与逐行解析
创建一个Java类,比如 FirstSeleniumTest.java 。
import org.openqa.selenium.By;
import org.openqa.selenium.WebDriver;
import org.openqa.selenium.WebElement;
import org.openqa.selenium.chrome.ChromeDriver;
import io.github.bonigarcia.wdm.WebDriverManager;
import org.testng.annotations.Test;
public class FirstSeleniumTest {
@Test
public void testBaiduSearch() {
// 1. 自动设置ChromeDriver路径
WebDriverManager.chromedriver().setup();
// 2. 创建WebDriver实例,打开Chrome浏览器
WebDriver driver = new ChromeDriver();
try {
// 3. 控制浏览器窗口最大化(非必须,但建议)
driver.manage().window().maximize();
// 4. 导航到百度首页
driver.get("https://www.baidu.com");
// 5. 定位搜索框元素
// By.id()是最快、最稳定的定位方式之一
WebElement searchBox = driver.findElement(By.id("kw"));
// 6. 在搜索框中输入文本“Selenium”
searchBox.sendKeys("Selenium");
// 7. 定位搜索按钮并点击
WebElement searchButton = driver.findElement(By.id("su"));
searchButton.click();
// 8. 等待一下,观察结果(生产环境应用显式等待,此处为演示)
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 9. 关闭浏览器窗口
driver.quit();
}
}
}
逐行解析与核心概念:
-
WebDriverManager.chromedriver().setup();:这行代码是WebDriverManager库提供的。它自动完成以下工作:检查系统已安装的Chrome版本 -> 从官方镜像站下载对应版本的chromedriver-> 将其设置为系统可执行路径。你完全无需手动下载驱动,这是现代Selenium编程的标配。 -
WebDriver driver = new ChromeDriver();:WebDriver是一个接口,ChromeDriver是其具体实现。这行代码实例化了一个Chrome浏览器的“遥控器”。同理,如果你想用Firefox,就是new FirefoxDriver()。 -
driver.get(url):命令浏览器导航到指定URL。它与driver.navigate().to(url)功能类似,但get()更常用,它会等待页面完全加载(取决于pageLoadStrategy)。 - 元素定位 :
driver.findElement(By.xxx())是自动化操作的基石。By.id(“kw”)表示通过HTML元素的id属性来查找。百度的搜索框HTML代码通常是<input id=”kw” …>。这是 最优先推荐 的定位方式,因为ID通常唯一且稳定。 - 元素操作 :找到元素(
WebElement对象)后,就可以对其进行操作。sendKeys()用于输入文本,click()用于点击。还有其他如clear()清空,submit()提交表单等。 -
driver.quit()vsdriver.close():务必在finally块中调用driver.quit()。quit()会关闭所有关联的窗口,并终止WebDriver会话,释放资源。而close()只关闭当前标签页。不调用quit()可能导致后台浏览器进程残留。
3.2 元素定位策略详解
定位元素是Selenium自动化的核心技能。除了 By.id() ,还有多种策略,各有适用场景。
| 定位器 | 示例 (By.xxx) | 描述 | 优先级与建议 |
|---|---|---|---|
| ID | By.id(“userName”) |
通过元素的 id 属性定位。 |
最高 。ID通常唯一,定位最快、最稳定。首选。 |
| Name | By.name(“username”) |
通过元素的 name 属性定位。 |
高 。常用于表单元素,也比较稳定。 |
| ClassName | By.className(“btn-primary”) |
通过元素的 class 属性定位。 |
中 。注意class可能有多个值(空格分隔),且可能不唯一。 |
| TagName | By.tagName(“input”) |
通过HTML标签名定位。 | 低 。通常一个页面有很多同标签元素,需结合其他方法筛选。 |
| Link Text | By.linkText(“登录”) |
通过超链接的 完整 文本定位。 | 中高 。专用于 <a> 链接,文本需完全匹配。 |
| Partial Link Text | By.partialLinkText(“录”) |
通过超链接的 部分 文本定位。 | 中 。当链接文本较长或动态时使用。 |
| CSS Selector | By.cssSelector(“input#kw”) |
通过CSS选择器定位。功能强大灵活。 | 很高 。性能好,语法强大,可处理复杂情况(如: input[type=’submit’] )。 |
| XPath | By.xpath(“//input[@id=’kw’]”) |
通过XML路径语言定位。功能最强大。 | 高 。当元素无ID/Name,或需要根据层级、文本等复杂条件定位时使用。但性能略低于CSS。 |
实操心得 :
- 定位策略优先级 :ID > Name > CSS Selector > XPath > 其他。尽量使用前端开发赋予的稳定属性(ID、Name)。
- 避免绝对XPath :像
/html/body/div[3]/div[2]/form/span/input这种绝对路径极其脆弱,页面结构微调就会失效。应使用相对XPath或CSS Selector。 - 使用浏览器开发者工具 :按F12打开,使用“检查”元素功能,可以右键元素直接“Copy” -> “Copy selector” (CSS) 或 “Copy XPath”,作为参考起点,但通常需要人工优化。
4. 等待机制:让脚本更稳定可靠
直接运行上面的脚本,你可能会遇到“元素找不到”的报错。这是因为网页加载需要时间,代码执行速度远快于网络和浏览器渲染。 Thread.sleep() 是一种 固定等待 (死等),它简单但低效(无论元素是否已就绪,都必须等够时间)。Selenium提供了两种更智能的等待方式。
4.1 隐式等待 (Implicit Wait)
隐式等待告诉WebDriver,在查找 任何一个 元素时,如果元素没有立即出现,可以等待一段全局时间。只需设置一次,对整个Driver生命周期有效。
driver.manage().timeouts().implicitlyWait(Duration.ofSeconds(10)); // 设置隐式等待10秒
WebElement element = driver.findElement(By.id(“someId”)); // 会最多等10秒直到元素出现
原理与局限 : findElement 会轮询查找元素,直到找到或超时。它只对 findElement 和 findElements 方法有效。缺点是,它不关心元素是否处于 可交互状态 (如可点击、可见)。如果一个元素存在但被遮挡或禁用,隐式等待无效。
4.2 显式等待 (Explicit Wait)
显式等待是针对 特定条件 的等待,更灵活、更强大。它使用 WebDriverWait 类和 ExpectedConditions 工具类。
// 引入必要的类
import org.openqa.selenium.support.ui.WebDriverWait;
import org.openqa.selenium.support.ui.ExpectedConditions;
import java.time.Duration;
// 创建WebDriverWait对象,设置最大等待时间和轮询间隔
WebDriverWait wait = new WebDriverWait(driver, Duration.ofSeconds(10));
// 用法1:等待元素可点击,然后才进行点击操作
WebElement button = wait.until(ExpectedConditions.elementToBeClickable(By.id(“submitBtn”)));
button.click();
// 用法2:等待元素可见
WebElement message = wait.until(ExpectedConditions.visibilityOfElementLocated(By.className(“alert”)));
// 用法3:等待页面标题包含特定文字
wait.until(ExpectedConditions.titleContains(“订单成功”));
// 用法4:自定义等待条件(Lambda表达式)
wait.until(d -> {
WebElement el = d.findElement(By.id(“progress”));
return el.getText().equals(“100%”);
});
为什么显式等待更优?
- 条件精准 :它不仅等待元素存在,还可以等待元素可见、可点击、被选中、包含特定文本等,更符合实际交互逻辑。
- 局部有效 :只为特定的操作设置等待,不影响其他操作,脚本整体效率更高。
- 清晰的超时与异常 :当条件不满足时,会抛出
TimeoutException,并附带清晰的超时信息,便于调试。
最佳实践建议 :
- 混合使用,以显式等待为主 :可以设置一个较短的全局隐式等待(如3-5秒)作为兜底,然后针对关键交互步骤使用显式等待。
- 避免混合使用导致超时叠加 :注意,当显式等待和隐式等待同时存在时,在显式等待期间,如果隐式等待也在生效,可能会发生不可预期的长时间等待。通常建议 只使用显式等待 ,或者将隐式等待时间设得非常短。
- 封装等待工具方法 :在实际项目中,可以将常用的等待操作封装成工具方法,提高代码复用性和可读性。
5. 高级操作与框架集成
掌握了基本操作和等待机制,你已经可以完成大部分简单的自动化任务。接下来,我们看看如何处理更复杂的场景,以及如何将Selenium脚本集成到专业的测试框架中。
5.1 处理常见UI组件
下拉框 (Select) 对于标准的HTML <select> 元素,Selenium提供了 Select 类来方便操作。
import org.openqa.selenium.support.ui.Select;
WebElement dropdownElement = driver.findElement(By.id(“country”));
Select dropdown = new Select(dropdownElement);
// 通过可见文本选择
dropdown.selectByVisibleText(“中国”);
// 通过value属性选择
dropdown.selectByValue(“CN”);
// 通过索引选择(从0开始)
dropdown.selectByIndex(1);
// 获取已选中的选项
WebElement selectedOption = dropdown.getFirstSelectedOption();
System.out.println(“选中的是:” + selectedOption.getText());
弹窗与警告框 (Alert) 处理JavaScript弹出的alert、confirm、prompt框。
// 触发一个alert
driver.findElement(By.id(“triggerAlert”)).click();
// 切换到alert
Alert alert = driver.switchTo().alert();
// 获取alert文本
String alertText = alert.getText();
System.out.println(“弹窗信息:” + alertText);
// 接受(点击“确定”)
alert.accept();
// 或取消(点击“取消”)
// alert.dismiss();
// 对于prompt,还可以输入文本
// alert.sendKeys(“输入的内容”);
// alert.accept();
iframe/Frame 如果目标元素嵌套在 <iframe> 或 <frame> 中,必须先切换到对应的frame内才能操作。
// 通过ID或Name切换
driver.switchTo().frame(“frameNameOrId”);
// 通过WebElement切换
WebElement frameElement = driver.findElement(By.tagName(“iframe”));
driver.switchTo().frame(frameElement);
// 通过索引切换(从0开始)
// driver.switchTo().frame(0);
// 在frame内操作元素
driver.findElement(By.id(“innerButton”)).click();
// 操作完成后,切换回主文档
driver.switchTo().defaultContent();
// 或者切换到父级frame
// driver.switchTo().parentFrame();
浏览器窗口与标签页 当点击链接打开新窗口或标签页时,需要切换句柄。
// 获取当前窗口句柄
String originalWindow = driver.getWindowHandle();
// 点击打开新窗口的链接
driver.findElement(By.linkText(“新窗口”)).click();
// 获取所有窗口句柄
Set<String> allWindows = driver.getWindowHandles();
// 切换到新窗口
for (String windowHandle : allWindows) {
if (!originalWindow.equals(windowHandle)) {
driver.switchTo().window(windowHandle);
break;
}
}
// 在新窗口操作
System.out.println(“新窗口标题:” + driver.getTitle());
// 关闭新窗口,并切换回原窗口
driver.close();
driver.switchTo().window(originalWindow);
5.2 集成TestNG测试框架
使用TestNG可以更好地组织、运行和报告你的Selenium测试用例。
- 基本测试类结构 :使用
@Test注解标记测试方法。@BeforeMethod和@AfterMethod注解用于在每个测试方法前后执行设置和清理工作(如初始化Driver和退出Driver)。
import org.openqa.selenium.WebDriver;
import org.openqa.selenium.chrome.ChromeDriver;
import io.github.bonigarcia.wdm.WebDriverManager;
import org.testng.annotations.AfterMethod;
import org.testng.annotations.BeforeMethod;
import org.testng.annotations.Test;
public class TestNGSeleniumDemo {
WebDriver driver;
@BeforeMethod
public void setUp() {
WebDriverManager.chromedriver().setup();
driver = new ChromeDriver();
driver.manage().window().maximize();
driver.manage().timeouts().implicitlyWait(Duration.ofSeconds(5));
}
@Test
public void testLoginSuccess() {
driver.get(“https://example.com/login”);
// ... 执行登录成功的测试步骤
// 使用Assert进行断言
// Assert.assertEquals(driver.getTitle(), “Dashboard”);
}
@Test
public void testLoginWithInvalidPassword() {
driver.get(“https://example.com/login”);
// ... 执行密码错误的测试步骤
// Assert.assertTrue(driver.findElement(By.className(“error”)).isDisplayed());
}
@AfterMethod
public void tearDown() {
if (driver != null) {
driver.quit();
}
}
}
- 数据驱动测试 :TestNG的
@DataProvider注解可以让你用多组数据运行同一个测试方法,非常适合测试不同输入下的场景。
@Test(dataProvider = “loginData”)
public void testLoginWithMultipleUsers(String username, String password, boolean expectedSuccess) {
driver.get(“https://example.com/login”);
driver.findElement(By.id(“username”)).sendKeys(username);
driver.findElement(By.id(“password”)).sendKeys(password);
driver.findElement(By.id(“loginBtn”)).click();
if (expectedSuccess) {
// 断言登录成功
} else {
// 断言出现错误提示
}
}
@DataProvider(name = “loginData”)
public Object[][] provideLoginData() {
return new Object[][] {
{ “correctUser”, “correctPass”, true },
{ “wrongUser”, “somePass”, false },
{ “correctUser”, “wrongPass”, false },
{ “”, “”, false } // 空数据测试
};
}
- 生成测试报告 :TestNG默认会生成一个HTML格式的测试报告(位于
test-output目录下的index.html),清晰展示了测试通过率、失败原因、执行时间等信息。也可以集成更强大的报告框架,如ExtentReports或Allure。
6. 常见问题排查与实战技巧
即使按照教程一步步来,你也可能会遇到各种问题。这里总结了一些高频问题和我的解决经验。
6.1 高频问题速查表
| 问题现象 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
NoSuchElementException (元素找不到) |
1. 元素定位表达式写错了。 2. 页面尚未加载完成,元素还未出现。 3. 元素在 <iframe> 或 <shadow-root> 内。 4. 元素是动态生成的(AJAX)。 |
1. 用浏览器开发者工具复查定位器。 2. 添加 显式等待 ,等待元素出现/可见。 3. 使用 driver.switchTo().frame(...) 切换到对应frame。 4. 等待动态内容加载完成,或使用更稳定的定位方式(如等特征明显的父元素出现)。 |
ElementNotInteractableException (元素不可交互) |
1. 元素被其他元素遮挡(如弹窗、蒙层)。 2. 元素不可见( display: none 或 visibility: hidden )。 3. 元素处于禁用状态( disabled 属性)。 |
1. 移除遮挡物或等待其消失。 2. 检查CSS属性,或等待其变为可见。 3. 检查元素状态,或改用其他可交互元素。 |
InvalidSelectorException (选择器无效) |
XPath或CSS Selector语法写错了。 | 将定位表达式粘贴到浏览器开发者工具的Console里,用 $x(“你的XPath”) 或 $$(“你的CSS”) 测试是否有效。 |
SessionNotCreatedException (会话创建失败) |
浏览器驱动版本与已安装的浏览器版本不匹配。 | 使用WebDriverManager ,它能自动匹配。如果手动管理,需去官网下载对应版本的驱动。 |
| 脚本被网站检测为自动化工具 | 一些网站(如大型电商、社交平台)会检测Selenium的特征(如 cdc_ 变量)。 |
1. 使用 ChromeOptions 添加 --disable-blink-features=AutomationControlled 参数。 2. 使用 stealth 等第三方库(如puppeteer-extra-plugin-stealth的Java版本)来隐藏特征。 3. 避免高频、规律性操作,模拟人类行为(如随机等待、移动鼠标轨迹)。 |
StaleElementReferenceException (元素引用失效) |
之前找到的元素,因为页面刷新、AJAX更新或DOM重排,已经“过时”了。 | 重新查找元素 。避免在页面可能刷新的前后,长时间持有同一个WebElement对象。在每次操作前即时查找是更安全的做法。 |
| 文件上传 | input type=”file” 元素通常被隐藏或样式化,直接 sendKeys 可能无效。 |
找到真实的 <input type=”file”> 元素,直接对其使用 element.sendKeys(“文件完整路径”) 。 不要尝试点击“选择文件”按钮 。 |
6.2 实战技巧与心得
-
使用Page Object Model (POM) 设计模式 :这是中大型自动化项目的 标配 。其核心思想是将页面封装成对象,页面的元素定位和操作细节封装在对应的类中,测试脚本只调用页面对象提供的方法。这样做的好处是:
- 高可维护性 :页面UI变动时,只需修改对应的Page类,测试脚本几乎不用改。
- 高可读性 :测试脚本读起来像业务描述(
loginPage.login(“user”, “pass”)),而不是一堆findElement。 - 低冗余 :公共操作可以抽象到基类中。
// 示例:登录页面对象 public class LoginPage { private WebDriver driver; private By usernameInput = By.id(“username”); private By passwordInput = By.id(“password”); private By loginButton = By.id(“loginBtn”); public LoginPage(WebDriver driver) { this.driver = driver; } public void enterUsername(String user) { driver.findElement(usernameInput).sendKeys(user); } public void enterPassword(String pass) { driver.findElement(passwordInput).sendKeys(pass); } public void clickLogin() { driver.findElement(loginButton).click(); } // 业务方法:组合基本操作 public void login(String user, String pass) { enterUsername(user); enterPassword(pass); clickLogin(); } } // 在测试脚本中使用 @Test public void testLogin() { LoginPage loginPage = new LoginPage(driver); loginPage.login(“testUser”, “testPass”); // ... 后续断言 } -
善用浏览器的“无头模式” (Headless Mode) :在服务器或CI/CD管道中运行测试时,没有图形界面。无头模式可以节省资源,运行更快。
ChromeOptions options = new ChromeOptions(); options.addArguments(“--headless”); // 启用无头模式 options.addArguments(“--disable-gpu”); // 在Windows上可能需要 options.addArguments(“--window-size=1920,1080”); // 设置窗口大小 WebDriver driver = new ChromeDriver(options); -
处理验证码 :这是一个常见难题。完全自动化解码验证码(尤其是复杂图形码)在法律和伦理上都有问题,且技术门槛高。实践中:
- 测试环境 :让开发关闭验证码或提供万能验证码(如“0000”)。
- 预生产环境 :使用简单的、可OCR识别的验证码,或使用第三方打码平台API(需评估成本与稳定性)。
- 记住,自动化不是为了破解系统,而是为了提升测试效率 。对于强验证环节,有时保留部分手工测试是更合理的选择。
-
日志与截图 :测试失败时,光有错误堆栈信息不够直观。在
@AfterMethod中(特别是失败时),自动截屏保存,能极大帮助定位问题。@AfterMethod public void tearDown(ITestResult result) { if (result.getStatus() == ITestResult.FAILURE) { // 截屏代码 File screenshot = ((TakesScreenshot) driver).getScreenshotAs(OutputType.FILE); // 将screenshot文件保存到指定路径,可以用时间戳命名 // 例如:screenshot.renameTo(new File(“./screenshots/” + result.getName() + “_” + System.currentTimeMillis() + “.png”)); } if (driver != null) { driver.quit(); } }
从环境搭建到第一个脚本,再到元素定位、等待机制、高级操作和框架集成,最后到问题排查和设计模式,这条路径覆盖了Java+Selenium入门到进阶的核心知识点。我个人的体会是,自动化脚本的编写,三分在代码,七分在对被测应用的理解和对不稳定因素的妥善处理上。多写、多调试、多总结,遇到问题善用搜索和查看官方文档,你会逐渐得心应手。最后一个小技巧:把你常用的等待、截图、数据读取等方法封装成自己的工具类,这会让你在后续的项目开发中事半功倍。
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