使用 ConTest 进行多线程单元测试

核心提示：众所周知并行程序设计易于产生 bug，更为严重的是，使用 ConTest 进行多线程单元测试，往往在开发过程的晚期当这些并行 bug 引起严重的损害时才能发现它们并且难于调试它们，即使彻底地对它们进行了调试，一个包括对锁进行同步和调用 wait() 和 notifyAll() 的成熟的同步协议能保证所有事情以正确的顺序

众所周知并行程序设计易于产生 bug。更为严重的是，往往在开发过程的晚期当这些并行 bug 引起严重的损害时才能发现它们并且难于调试它们。即使彻底地对它们进行了调试，常规的单元测试实践也很可能遗漏并行 bug。在本文中，并行专家 Shmuel Ur 和 Yarden Nir-BUChbinder 解释了为什么并行 bug 如此难于捕捉并且介绍了 IBM Research 的一种新的解决方案。

并行程序易于产生 bug 不是什么秘密。编写这种程序是一种挑战，并且在编程过程中静静产生的 bug 不轻易被发现。许多并行 bug 只有在系统测试、功能测试时才能被发现或由用户发现。到那时修复它们需要高昂的费用 -- 假设能够修复它们 -- 因为它们是如此难于调试。

在本文中，我们介绍了 ConTest，一种用于测试、调试和测量并行程序范围的工具。正如您将很快看到的，ConTest 不是单元测试的取代者，但它是处理并行程序的单元测试故障的一种补充技术。

注重本文中包含了一个 示例软件包 ，一旦理解了有关 ConTest 如何工作的基本知识，您就可以自己使用该软件包进行试验。

为什么单元测试还不够

当问任何 java™ 开发者时，他们都会告诉您单元测试是一种好的实践。在单元测试上做适当的投入，随后将得到回报。通过单元测试，能较早地发现 bug 并且能比不进行单元测试更轻易地修复它们。但是普通的单元测试方法（即使当彻底地进行了测试时）在查找并行 bug 方面不是很有效。这就是为什么它们能逃到程序的晚期 。

为什么单元测试经常遗漏并行 bug？通常的说法是并行程序（和 bug）的问题在于它们的不确定性。但是对于单元测试目的而言，荒谬性在于并行程序是非常 确定的。下面的两个示例解释了这一点。

无修饰的 NamePRinter

第一个例子是一个类，该类除了打印由两部分构成的名字之外，什么也不做。出于教学目的，我们把此任务分在三个线程中：一个线程打印人名，一个线程打印空格，一个线程打印姓和一个新行。一个包括对锁进行同步和调用 wait() 和 notifyAll() 的成熟的同步协议能保证所有事情以正确的顺序发生。正如您在清单 1 中看到的，main() 充当单元测试，用名字 "Washington Irving" 调用此类：

清单 1. NamePrinter

public class NamePrinter {

   private final String firstName;
   private final String surName;

   private final Object lock = new Object();
   private boolean printedFirstName = false;
   private boolean spaceRequested = false;

   public NamePrinter(String firstName, String surName) {
      this.firstName = firstName;
      this.surName = surName;
   }

   public void print() {
      new FirstNamePrinter().start();
      new SpacePrinter().start();
      new SurnamePrinter().start();
   }

   private class FirstNamePrinter extends Thread {
      public void run() {
         try {
            synchronized (lock) {
               while (firstName == null) {
                  lock.wait();
               }
               System.out.print(firstName);
               printedFirstName = true;
               spaceRequested = true;
               lock.notifyAll();
            }
         } catch (InterruptedException e) {
            assert (false);
         }
      }
   }

   private class SpacePrinter extends Thread {
      public void run() {
         try {
            synchronized (lock) {
               while ( ! spaceRequested) {
                  lock.wait();
               }
               System.out.print(' ');
               spaceRequested = false;
               lock.notifyAll();
            }
         } catch (InterruptedException e) {
            assert (false);
         }
      }
   }

   private class SurnamePrinter extends Thread {
      public void run() {
         try {
            synchronized(lock) {
               while ( ! printedFirstName  spaceRequested  surName == null) {
                  lock.wait();
               }
               System.out.println(surName);
            }
         } catch (InterruptedException e) {
            assert (false);
         }
      }
   }

   public static void main(String[] args) {
      System.out.println();
      new NamePrinter("Washington", "Irving").print();
   }
}