如何使用 Java 在多线程环境中测试某些东西 [重复]

Posted 2023-02-26

【中文标题】如何使用 Java 在多线程环境中测试某些东西 [重复]

【英文标题】：How to test something in Multi-Threaded Environment using Java [duplicate]

【发布时间】：2016-01-28 21:28:25

【问题描述】：

如何在多线程环境中测试类似的东西。我知道它会失败，因为这段代码不是线程安全的。我只想知道如何证明？创建一堆线程并尝试添加这些不同的线程？出于测试目的，此代码故意没有正确编写！！！

公共类 Response_Unit_Manager

private static HashMap<String, Response_Unit> Response_Unit_DB =
        new HashMap<> ();

/**
 * 
 * This subprogram adds a new Response_Unit to the data store.  The
 * new response unit must be valid Response_Unit object and it's ID must be 
 * unique (i.e., must not already exist in the data store.
 * 
 * Exceptions Thrown:  Null_Object_Exception
 */
public static void Add_Response_Unit (Response_Unit New_Unit) 
        throws Null_Object_Exception, Duplicate_Item_Exception 
    String Unit_ID = New_Unit.Unit_ID ();

    if (New_Unit == null)
        throw new Null_Object_Exception ();

    else if (Response_Unit_Exists (Unit_ID))
        throw new Duplicate_Item_Exception (Unit_ID);

    else
        Response_Unit_DB.put (Unit_ID, New_Unit);
 //end Add_Response_Unit

【问题讨论】：

您希望它失败吗？交付它。

@MartinJames 哈哈 .. 我们以前从未使用过线程。我们只是需要一些帮助来证明这段代码不是线程安全的。如果您能在这里为我们提供帮助，我将不胜感激 :)

你可能会幸运地看到失败，但不失败的代码并不意味着它是线程安全的代码。检查线程安全性的唯一自动化方法是使用一些静态分析工具，这些工具可让您在方法/类上添加注释并扫描潜在问题。

@mvd 感谢您的回复。但不幸的是，我们所拥有的只是一个带有 main 方法的测试器类。您认为我们可以仅使用 main 方法来证明我们的观点吗？再次感谢...

【参考方案1】：

运行测试时您可能会很幸运并看到失败，但未失败的代码并不意味着它是线程安全的代码。检查线程安全性的唯一自动化方法是使用一些静态分析工具，这些工具可让您在方法/类上添加注释并扫描潜在问题。例如，我知道 FindBugs 支持一些注释并基于它们进行并发检查。您应该能够将其应用于您的单个 Tester 类。业界在这个话题上仍有很大的改进空间，但这里有一些当前的例子：

http://robertfeldt.net/publications/grahn_2010_comparing_static_analysis_tools_for_concurrency_bugs.pdf http://homepages.inf.ed.ac.uk/dts/students/spathoulas/spathoulas.pdf

【参考方案2】：

正如其他人所指出的，您不能编写保证失败的测试，因为线程调度可能“刚刚解决”，但您可以编写通过概率非常低的测试如果存在线程安全问题。例如，您的代码尝试禁止数据库中的重复项，但由于线程安全问题，它不能这样做。因此，产生大量线程，让它们都等待CountdownLatch 或其他东西以最大化触发比赛的机会，然后让它们都尝试插入相同的项目。最后，您可以检查 (a) 除了一个线程之外的所有线程都看到了 Duplicate_Item_Exception 和 (b) Response_Unit_DB 仅包含一个项目。对于这些类型的测试，您还可以运行多次（在同一个测试中），以最大限度地提高触发问题的机会。

这是一个例子：

@Test
public void testIsThreadSafe() 
   final int NUM_ITERATIONS = 100;
   for(int i = 0; i < NUM_ITERATIONS; ++i) 
       oneIsThreaSafeTest();
   


public void oneIsThreadSafeTest() 
    final int NUM_THREADS = 1000;
    final int UNIT_ID = 1;
    final Response_Unit_Manager manager = new Response_Unit_Manager();
    ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(NUM_THREADS);
    CountdownLatch allThreadsWaitOnThis = new CountdownLatch(1);
    AtomicInteger numThreadsSawException = new AtomicInteger(0);

    for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) 
        // this is a Java 8 Lambda, if using Java 7 or less you'd use a
        // class that implements Runnable
        exec.submit(() -> 
            allThreadsWaitOnThis.await();
            // making some assumptions here about how you construct
            // a Response_Unit
            Response_Unit unit = new Response_Unit(UNIT_ID);
            try 
                manager.Add_Response_Unit(unit);
             catch (Duplicate_Item_Exception e) 
              numThreadsSawException.incrementAndGet();
            
        );

        // release all the threads
        allThreadsWaitOnThis.countdown();

        // wait for them all to finish
        exec.shutdown();
        exec.awaitTermination(10, TimeUnits.MINUTES);

       assertThat(numThreadsSawException.get()).isEqualTo(NUM_THREADS - 1);
  

您可以针对其他潜在的线程安全问题构建类似的测试。

【参考方案3】：

查找测试错误的最简单方法（例如您的课程中包含的错误）是使用 Testrunner，例如以下：

package com.anarsoft.mit;


import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;


public class Test_Response_Unit_Manager  implements Runnable 


private final AtomicInteger threadCount = new AtomicInteger();

public void test() throws Exception

    for(int i = 0; i < 2 ;i++)
    
        Thread thread = new Thread(this, "Thread " + i);
        this.threadCount.incrementAndGet();
        thread.start();
    

    while( this.threadCount.get() > 0 )
    
        Thread.sleep(1000);
    

    Thread.sleep(10 * 1000);



public void run()

    exec();
    threadCount.decrementAndGet();



protected  void exec()

    Response_Unit_Manager.Add_Response_Unit(new Response_Unit(Thread.currentThread().getId()));


public static void main(String[] args) throws Exception

    (new Test_Response_Unit_Manager()).test();

并使用动态竞争条件检测工具，如 http://vmlens.com，一个轻量级竞争条件检测器。这将显示以下竞争条件：

还有导致错误的堆栈跟踪。左边是写，右边是读。

http://vmlens.com 与 eclipse 一起使用，所以它取决于你使用的 ide，如果它对你有用