c++ - 单元测试线程：如何确认线程被阻塞

Question

我正在为多线程系统编写一组单元测试。我想写一个测试，确认线程 B 被线程 A 阻塞。我当前的解决方案，我知道这是不正确的，是让线程 A 休眠一段时间，然后让主线程确定线程 B至少花了那么长时间才能完成。我意识到这个测试并不是真的有效，因为线程 B 可能只是被系统调度出来并且需要很长时间才能运行，这与被阻塞无关。

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更多信息，基于评论：

我无法详细说明，但是 $dayjob 已经实现了它自己的任务线程系统，与例如 Android 的 AsyncTask 并没有太大的不同，我的任务是（明白吗？）为它编写单元测试。我已经编写了十几个我很满意的单元测试，并且满意是完全确定性的。但是只有几个单元测试让我望而却步。在某些情况下，线程需要等待特定条件，我需要确认它实际上是在该条件下被阻塞的，而不是恰好在错误的时间休眠。

我提出的测试不会产生任何错误的失败，但如果调度程序碰巧在错误的时间让线程进入睡眠状态，仍然可能产生错误的成功。

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更多信息：我不是在测试使用线程库的代码，而是在测试库本身。

标签： c++multithreadingunit-testingsynchronous

Answer 1

多线程代码的测试是一个非常有趣的领域，IMO。我会说你专注于太低级的事情 - 你试图检测“线程 B 被线程 A 阻塞”。您可能还有很多其他问题（竞争条件、数据竞争），例如没有用于存储/加载的适当内存屏障的共享变量。这就是为什么我更愿意在以下两个方面专注于您自己的程序的功能/状态：

1. 测试期间没有达到意外状态（没有相关的错误，包括竞争条件或数据竞争）
2. 测试按预期进行（没有意外的长时间等待/阻塞/死锁由于任何原因，包括竞争条件或数据竞争）

例如，在单生产者/单消费者队列测试的情况下，我们编写了一个有 2 个线程的测试。一个线程放置 N 个（最好是数百万个）值（例如，从 1 到 N 的数字）。另一个线程从队列中获取 N 个值。

为了确保我们没有竞争条件或数据竞争，消费者可能会检查每个值是否等于前一个值 + 1。这就是我们检查预期状态的方式。

为了确保我们取得进展，生产者可能会在每次 put() 之后增加一个 PutCounter。消费者 - 每个 take() 之后的 TakeCounter。测试完成后，我们检查我们的最终进度不变量PutCounter == TakeCounter == N。由于我们可能有一个影响进度的bug，我们应该在测试中设置一个合理的Timeout。

由于此类测试需要大量时间才能运行，因此我已在开发人员端禁用它们，并且仅在启用 CI 时禁用它们。

至于您的特定情况，我们可能会测试测试在超时期间没有取得进展，并且仅用于调查/修复错误，我们进行线程转储并看到发生这种情况是因为“线程 B 被线程 A 阻塞”。想想每个线程应该做什么？每个线程或整个系统的“进度”是什么意思？然后准备一个测试场景并通过超时来验证是否达到了最终进度。