如何编写检查竞争条件的测试？答案

【问题标题】：How to write tests that check for race conditions?如何编写检查竞争条件的测试？
【发布时间】：2013-09-12 18:18:00
【问题描述】：

我目前正在从事一个大型项目，该项目最近发生了许多变化，最突出的是添加了线程支持。

在查看代码时，我已经确定了可能导致竞态条件的部分，如果不是现在，那么在将来的某个时间。为了防止这种回归，我想编写一个测试，可以可靠地检测该特定区域中的竞争条件，以确保未来的提交不会导致此错误。
代码中没有乱七八糟的 sleep() 语句，而是一个潜在的死锁和竞争雷区，我想确保健壮性。

这个项目完全是用 C 语言编写的。那么，我是否可以编写单元测试来防止出现竞争条件？

【问题讨论】：

【解决方案1】：

竞争条件本质上是非确定性的结果。如果您不能确保调用序列是安全的，那么引入一些运行时检查来验证协议不变量是否得到遵守。然后，至少无论何时发生故障，您都会有证据。

虽然这不能解决您的问题，但它至少为您提供了一个量化问题程度的工具。

如果任何竞赛是由应用程序范围之外的事件触发的，那么任何静态分析都需要对其进行建模以便能够检测条件。

【讨论】：

【解决方案2】：

Valgrind DRD 工具可用于检测许多线程错误。只需使用此工具并运行您常用的测试用例即可。

【讨论】：

【解决方案3】：

Clang Thread Sanitizer 的工作原理是在执行时观察您的测试过程。每当一个线程在不受保护的情况下读取或写入内存时，它都会记录下来，并且它会告诉您是否有任何一块内存被多个线程不受保护地访问。

【讨论】：

我已经在 GCC 上使用了线程清理器。问题不仅仅是检测竞争条件，而是确定性地重现它们。
我相信你不能对程序的竞争条件进行单元测试。您可以做的是编写 unittest 来重现通过其他方式发现的竞争条件，并使用它来确保您已经消除了它。但是您必须首先从已知的竞争条件开始，您无法以这种方式发现它们。在 Java 中，有 Byteman (JBoss) 或 Thread Weaver (Google)。在 C 语言中，我要么总是使用 nanosleeps（在正确的地方睡觉会大大增加发生竞争的机会），要么我添加了同步/条件变量以确保我让所有线程都在我想要重现的同一个活泼操作上。