有可能模拟/伪造一个丢失的锁导致测试失败吗？

Question

我正在编写一个细包装Dictionary的代码，旨在实现线程安全。因此需要一些锁定操作，并且大部分逻辑都是确保以线程安全的方式进行锁定和访问。

现在，我想对其进行单元测试。其中一个重要的测试点是锁定行为，以确保其正确性。然而，我从未见过这样的测试方法，所以不确定如何进行。同时，我知道可以使用多个线程来模拟并发情况，但是这种测试方法并不能保证会在出现问题时失败，因为线程调度由操作系统定义。

那么，有哪些方法可以通过单元测试来确保锁定行为的正确性呢？

- Earlz

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对于这个问题的概念我表示赞同；不过我很好奇为什么您在这种情况下没有使用ConcurrentDictionary。 - Tim M.

@TimMedora 可移植类库，针对 Windows Phone :( - Earlz

明白。根据我的经验，向被认为是线程安全的类投入数千个操作（跨线程、不同顺序）会很快揭示问题，但当然这并非确定性的。您可以添加一些内部测试钩子来帮助强制执行所需的场景。 - Tim M.

@Kimi - 我认为这在某些情况下是一个有效的测试（迭代），因为您可以在迭代下一个项目之前向线程#2发出信号。我不知道在所有情况下（例如两个并发的Add（）操作）是否会有相同的确定性范式。 - Tim M.

@TimMedora，这将需要不同的测试，因此我主张精确（确定性地）模拟竞态条件并测试数据完整性，而不是测试锁的调用行为。 - Kimi

Answer 1

锁定只是一种实现细节。您应该模拟竞态条件本身，并测试数据是否在测试中失去其完整性。

如果您决定更改字典的实现并使用其他同步原语，这将是一个好处。

测试锁定将证明您在期望的位置调用了锁定语句。而使用模拟竞争条件进行测试可能会揭示您没有预期同步的地方。

- Kimi

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这基本上是依赖于字典破坏，如果同时访问它。 - Earlz

不，它应该保持正确的状态，这将由您的测试证明。 - Kimi

嗯，这实际上依赖于字典的实现细节。我需要测试一下，确保字典永远不会以并发方式被访问，因为对于我的目的来说，整个东西基本上都不是线程安全的。 - Earlz

字典应该可以并发读取，只有读/写操作需要同步。标准字典将会暴露出并发读/写访问问题，这是您试图避免的，而这些问题将在测试中显现。 - Kimi

Answer 2

我基本上做了@Alexei建议的事情。更具体地说，这就是我所做的：

1. 创建一个PausingDictionary，它基本上只有每个方法的回调，但除此之外只是传递到常规字典
2. 抽象我的代码（使用DI等），以便在测试时可以使用PausingDictionary而不是常规字典
3. 在我的单元测试中添加了两个ConcurrentDictionaries。一个称为“Accessed”，另一个称为“GoAhead”。其关键是"action"+Thread.GetHashCode().ToString()的组合（其中action对于每个回调都不同）
4. 将所有内容初始化为false，并添加一些扩展方法，使其更易于使用
5. 设置字典的回调以将访问的线程设置为true，但它会在回调中等待GoAhead为true
6. 从单元测试中启动两个线程。一个线程将访问字典，但由于该线程的GoAhead为false，因此它会坐在那里。然后，第二个线程也将尝试访问字典
7. 我会断言该线程的Accessed为false，因为我的代码应该将其锁定。

还有更多要做。我还需要模拟一个IList，但我不认为我会这样做。尽管有价值，但这些单元测试肯定不是世界上最容易编写的东西。除了设置代码和虚拟接口实现之外，每个测试最终都成为大约25行非样板代码。锁定很难。证明你的锁定有效更加困难。但令人惊讶的是，这种模式几乎可以测试任何情况。但是，它非常冗长，不适合编写漂亮的测试

所以，尽管编写这些测试很困难，但它完美地工作。当我删除锁定时，它始终失败，而当我重新添加锁定时，它始终通过。

编辑：

我认为这种“控制线程交错”的方法也使得可能测试线程安全性，只要为每个可能的交错编写一个测试即可。对于某些代码，这是不可能的，但我只想说这不仅限于锁定代码。您可以使用相同的方式连续复制线程安全故障，例如foo.Contains(x)然后var tmp=foo[x]

- Earlz

Answer 3

我认为仅凭 Dictionary 本身是无法实现可靠的测试的 - 您的目标是使两个调用并行运行，这是不可靠的。您可以尝试使用自定义的 Dictionary（即派生自常规 Dictionary），并为所有 Get/Add 方法添加回调。然后，您将能够根据需要在两个线程中延迟调用... 您需要在两个线程之间进行单独的同步，以使您的测试代码按照您想要的方式运行，并且不会一直出现死锁。

- Alexei Levenkov

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我最终这样做了。我在下面详细阐述了我是如何做到的。 - Earlz