使用TDD来编写线程安全的代码

Question

使用TDD来编写线程安全的代码

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如何运用TDD来开发线程安全的代码？例如，我有一个工厂方法，它使用延迟初始化创建一个类的实例，并在此之后返回它：

private TextLineEncoder textLineEncoder;
...
public ProtocolEncoder getEncoder() throws Exception {
    if(textLineEncoder == null)
        textLineEncoder = new TextLineEncoder();
    return textLineEncoder;
}

现在，我想以良好的TDD风格编写一个测试，强制使这段代码具有线程安全性。具体来说，当两个线程同时调用此方法时，我不希望创建两个实例并且仅丢弃其中的一个。虽然很容易实现，但如何编写一个测试来引导我完成它呢？

我是在Java中提问，但答案应该更广泛适用。

- Don Branson

谢谢。今天早上写一个这样的工厂时遇到了这个问题。在讨论双重检查锁定机制时曾经出现过，但那是 SO 出现之前的事情了。 - Don Branson

6个回答

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虽然可能比其价值更难，但这是一件困难但可行的事情。已知的解决方案涉及测试代码的工具化。建议查看此处关于“极限编程挑战十四”的讨论。

- Morendil

多么有趣的想法！也许这是一个方面，如果第二次调用TextLineEncoder()就会失败。嗯... - Don Branson

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最近，当我测试一个需要线程安全的实现时，我提供了这个问题的答案。希望这能帮到你，即使那里没有测试。希望链接没问题，而不是重复答案...

- Cellfish

是的，链接就可以了。我真的很喜欢你的答案——这是我听到的第一个感觉正确的答案。也许是因为其他答案中有许多依赖于非确定性行为。特别有说服力的是你的评论：“首先，你现有的类只有一个职责，那就是提供一些功能。”一个对象知道它的线程安全性就像它知道它在链表或Web容器中一样。它知道它所在的位置，对于对象来说，这是不好的。我将尝试你的方法，看看效果如何。 - Don Branson

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在书籍《Clean Code》中，有一些关于如何测试并发代码的技巧。其中一个帮助我发现并发错误的技巧是同时运行比CPU核心数更多的测试用例。

在我的项目中，在我的四核机器上运行测试需要大约2秒钟的时间。当我想要测试并发部分（有一些测试用例需要这样做）时，我会按住IntelliJ IDEA中运行所有测试用例的热键，直到状态栏中显示有20、50或100个测试用例正在执行。我会在Windows任务管理器中跟踪CPU和内存使用情况，以找出所有测试用例都已完成执行的时间点（当它们全部运行时，内存使用量会增加1-2 GB，然后缓慢回落）。

然后我逐一关闭所有测试运行输出对话框，并检查是否有失败的测试或死锁的测试，然后我会对它们进行调查，直到找到错误并加以修复。这帮助我发现了几个恶意并发性错误。当面临不应该发生的异常/死锁时，最重要的是始终假设代码已经损坏，并无情地调查原因并加以修复。没有宇宙射线会导致程序随机崩溃——代码中的错误会导致程序崩溃。

还有一些框架，例如http://www.alphaworks.ibm.com/tech/contest，使用字节码操作来强制代码进行更多的线程切换，从而增加使并发错误变得明显的可能性。

- Esko Luontola

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Java并发编程实践的第12章名为“测试并发程序”。它记录了安全性和活性的测试，但表示这是一个难题。我不确定该章节中的工具是否能够解决这个问题。

- Yuval F

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仅凭直觉，您可以比较返回的实例，以查看它们是否确实是同一实例还是不同实例？这可能是我用C＃开始的地方，我想您可以在Java中做同样的事情

- Sean Chambers

听起来是个有用的开始。编写这种测试很容易，但是要编写一个由于缺乏线程同步而失败的测试就比较困难了。 - Morendil

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我认为这是一个不错的开始 - 但如果在线程构造和返回之间发生切换，它们可能会创建两个实例，并仍然同时返回相同的实例。 - Don Branson

这是正确的。您需要确保在测试系统周围有适当的锁定。 - Sean Chambers

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可以查看英文原文，
原文链接

- James A Wilson · Accepted Answer

你可以注入一个“提供者”（一个非常简单的工厂），它只负责这一行代码：

 textLineEncoder = new TextLineEncoder();

那么你的测试将会注入一个非常慢的提供者实现。这样，测试中的两个线程更容易发生冲突。你甚至可以让第一个线程等待一个由第二个线程释放的信号量。然后测试的成功将确保等待的线程超时。通过给第一个线程一个领先优势，你可以确保它在第二个线程释放之前就开始等待。