到目前为止,我已经避免了测试多线程代码的噩梦,因为它似乎是一个太大的雷区。我想知道人们是如何测试依赖于线程的代码以获得成功执行的,或者人们是如何测试那些仅在两个线程以给定方式交互时才会出现的问题的?
对于今天的程序员来说,这似乎是一个非常关键的问题,恕我直言,将我们的知识集中在这个问题上是很有用的。
到目前为止,我已经避免了测试多线程代码的噩梦,因为它似乎是一个太大的雷区。我想知道人们是如何测试依赖于线程的代码以获得成功执行的,或者人们是如何测试那些仅在两个线程以给定方式交互时才会出现的问题的?
对于今天的程序员来说,这似乎是一个非常关键的问题,恕我直言,将我们的知识集中在这个问题上是很有用的。
当前回答
确实很难!在我的(c++)单元测试中,我按照使用的并发模式将其分解为几个类别:
Unit tests for classes that operate in a single thread and aren't thread aware -- easy, test as usual. Unit tests for Monitor objects (those that execute synchronized methods in the callers' thread of control) that expose a synchronized public API -- instantiate multiple mock threads that exercise the API. Construct scenarios that exercise internal conditions of the passive object. Include one longer running test that basically beats the heck out of it from multiple threads for a long period of time. This is unscientific I know but it does build confidence. Unit tests for Active objects (those that encapsulate their own thread or threads of control) -- similar to #2 above with variations depending on the class design. Public API may be blocking or non-blocking, callers may obtain futures, data may arrive at queues or need to be dequeued. There are many combinations possible here; white box away. Still requires multiple mock threads to make calls to the object under test.
题外话:
在我所做的内部开发人员培训中,我教授了并发的支柱和这两种模式,作为思考和分解并发问题的主要框架。显然还有更先进的概念,但我发现这组基础知识可以帮助工程师摆脱困境。正如上面所描述的,它还会导致代码更具单元可测试性。
其他回答
我喜欢编写两个或多个测试方法在并行线程上执行,并且每个方法都调用被测对象。我一直在使用Sleep()调用来协调来自不同线程的调用顺序,但这并不真正可靠。它也慢得多,因为你必须睡足够长的时间,时间通常是有效的。
我从编写FindBugs的同一组中找到了多线程TC Java库。它允许您在不使用Sleep()的情况下指定事件的顺序,而且它是可靠的。我还没试过。
这种方法的最大限制是它只允许您测试您怀疑会引起麻烦的场景。正如其他人所说,您确实需要将多线程代码隔离到少量简单类中,以便有希望彻底测试它们。
一旦您仔细测试了您预计会导致问题的场景,那么在类中抛出一堆并发请求的不科学测试是寻找意外问题的好方法。
更新:我已经玩了一些多线程TC Java库,它工作得很好。我还将它的一些特性移植到一个。net版本,我称之为TickingTest。
我用与处理任何单元测试相同的方式处理线程组件的单元测试,即使用反转控制和隔离框架。我在. net领域进行开发,开箱即用的线程(以及其他东西)很难(我可以说几乎不可能)完全隔离。
因此,我写的包装器看起来像这样(简化):
public interface IThread
{
void Start();
...
}
public class ThreadWrapper : IThread
{
private readonly Thread _thread;
public ThreadWrapper(ThreadStart threadStart)
{
_thread = new Thread(threadStart);
}
public Start()
{
_thread.Start();
}
}
public interface IThreadingManager
{
IThread CreateThread(ThreadStart threadStart);
}
public class ThreadingManager : IThreadingManager
{
public IThread CreateThread(ThreadStart threadStart)
{
return new ThreadWrapper(threadStart)
}
}
从那里,我可以很容易地将IThreadingManager注入到组件中,并使用所选的隔离框架使线程在测试期间的行为符合我的预期。
到目前为止,这对我来说工作得很好,我对线程池,系统中的东西使用相同的方法。环境,睡眠等等。
For J2E code, I've used SilkPerformer, LoadRunner and JMeter for concurrency testing of threads. They all do the same thing. Basically, they give you a relatively simple interface for administrating their version of the proxy server, required, in order to analyze the TCP/IP data stream, and simulate multiple users making simultaneous requests to your app server. The proxy server can give you the ability to do things like analyze the requests made, by presenting the whole page and URL sent to the server, as well as the response from the server, after processing the request.
您可以在不安全的http模式下找到一些错误,在这种模式下,您至少可以分析正在发送的表单数据,并为每个用户系统地更改表单数据。但真正的测试是在https(安全套接字层)中运行。然后,您还必须有系统地修改会话和cookie数据,这可能有点复杂。
在测试并发性时,我发现的最好的错误是,当我发现开发人员在登录时依赖Java垃圾收集来关闭登录时建立的到LDAP服务器的连接请求。这导致用户暴露在其他用户的会话中,当试图分析服务器瘫痪时发生了什么,几乎每隔几秒钟就能完成一次事务时,结果非常令人困惑。
In the end, you or someone will probably have to buckle down and analyze the code for blunders like the one I just mentioned. And an open discussion across departments, like the one that occurred, when we unfolded the problem described above, are most useful. But these tools are the best solution to testing multi-threaded code. JMeter is open source. SilkPerformer and LoadRunner are proprietary. If you really want to know whether your app is thread safe, that's how the big boys do it. I've done this for very large companies professionally, so I'm not guessing. I'm speaking from personal experience.
提醒一句:理解这些工具确实需要一些时间。这不是简单地安装软件并启动GUI的问题,除非您已经接触过多线程编程。我试图确定需要理解的3个关键领域(表单、会话和cookie数据),希望至少从理解这些主题开始,可以帮助您集中精力快速获得结果,而不必通读整个文档。
运行多个线程并不困难;这是小菜一碟。不幸的是,线程通常需要彼此通信;这就是困难所在。
最初发明的允许模块之间通信的机制是函数调用;当模块A想要与模块B通信时,它只调用模块B中的一个函数。不幸的是,这对线程不起作用,因为当你调用一个函数时,该函数仍然运行在当前线程中。
为了克服这个问题,人们决定采用一种更原始的通信机制:只声明一个特定的变量,并让两个线程都可以访问该变量。换句话说,允许线程共享数据。分享数据是人们自然而然想到的第一件事,这似乎是一个不错的选择,因为它看起来非常简单。我是说,能有多难,对吧?会出什么问题呢?
竞态条件。这就是可能、也将会出错的地方。
当人们意识到他们的软件由于竞争条件而遭受随机的、不可复制的灾难性失败时,他们开始发明复杂的机制,如锁和比较-交换,旨在防止此类事情的发生。这些机制属于广义的“同步”范畴。不幸的是,同步有两个问题:
这是很难做到的,所以很容易出现bug。 它是完全不可测试的,因为您无法测试竞态条件。
精明的读者可能会注意到“非常容易出现bug”和“完全不可测试”是一个致命的组合。
现在,在自动化软件测试的概念变得流行之前,我上面提到的机制已经被行业的大部分人发明和采用了;所以,没有人知道这个问题有多致命;他们只是认为这是一个很难的主题,需要高手程序员,每个人都能接受。
如今,无论我们做什么,我们都把测试放在第一位。所以,如果某些机制是不可测试的,那么使用该机制就是不可能的。因此,同步已经失宠;现在还在练的人已经很少了,而且练的人一天比一天少。
没有同步线程就不能共享数据;然而,最初的要求不是共享数据;它允许线程之间进行通信。除了共享数据之外,还存在其他更优雅的线程间通信机制。
其中一种机制是消息传递,也称为事件。
对于消息传递,整个软件系统中只有一个地方利用了同步,那就是我们用来存储消息的并发阻塞队列收集类。(我们的想法是,我们应该至少能把那一小部分做对。)
消息传递的优点是它不受竞态条件的影响,并且是完全可测试的。
一个简单的测试模式可以用于一些(不是所有!)用例,就是多次重复相同的测试。例如,假设你有一个方法:
def process(input):
# Spawns several threads to do the job
# ...
return output
创建一堆测试:
process(input1) -> expect to return output1
process(input2) -> expect to return output2
...
现在将每个测试运行多次。
如果流程的实现包含一个微小的错误(例如死锁、竞态条件等),出现的概率为0.1%,那么运行1000次测试,则该错误至少出现一次的概率为64%。运行测试10000次,得到>99%的概率。