C++ 多线程软件的测试方法

我有一个成熟的地理空间软件，最近对这些区域进行了重写，以更好地利用现代PC机中可用的多处理器。具体而言，显示器、GUI、空间搜索和主处理都被划分为单独的线程。该软件有一个相当大的GUI自动化套件用于功能回归，另一个较小的GUI自动化套件用于性能回归。虽然所有的自动化测试都通过了，但我不相信它们在查找与竞争条件、死锁和其他与多线程相关的问题相关的bug方面提供了足够的覆盖率。您将使用什么技术来查看是否存在此类错误？假设有一些方法可以根除，你会提倡什么方法来根除它们

到目前为止，我所做的是在调试器下运行的应用程序上运行GUI功能自动化，这样我就可以打破死锁并捕获崩溃，并计划生成边界检查器，并针对该版本重复测试。我还通过PC Lint对源代码进行了静态分析，希望找到潜在的死锁，但没有得到任何有价值的结果

应用程序是C++、MFC、多文档/视图，每个DOC具有多个线程。我使用的锁定机制基于一个对象，该对象包含一个指向CMutex的指针，该指针在ctor中被锁定，在dtor中被释放。我使用这个对象的局部变量来根据需要锁定不同的代码位，我的互斥锁有一个超时，如果达到超时，就会发出警告。我尽量避免锁定，尽量使用资源副本

您还将进行哪些其他测试

编辑：我已经在许多不同的测试和编程论坛上交叉发布了这个问题，因为我渴望看到不同的思维方式和思想流派如何处理这个问题。所以，如果你看到它在别处交叉张贴，我表示歉意。大约一周后，我将提供一个摘要链接，链接到回应

并非真正的答案：

测试多线程bug非常困难。大多数bug只有在两个（或更多）线程以特定顺序进入代码中的特定位置时才会出现。 是否以及何时满足此条件可能取决于进程运行的时间。此正时可能会因以下前提条件之一而改变：

• 处理器类型
• 处理器速度
• 处理器/核心数
• 优化水平
• 在调试器内部或外部运行
• 操作系统

我确实忘记了更多的先决条件

因为机器翻译错误高度依赖于运行海森堡“不确定性原则”的代码的准确时间：如果你想测试机器翻译错误，你可以通过你的“措施”来改变时间，这可能会阻止错误的发生

时间因素使得机器翻译bug具有高度的不确定性。 换句话说：你的软件可能运行数月，然后某天崩溃，之后可能运行数年。如果您没有一些调试日志/核心转储等，您可能永远不知道它崩溃的原因

所以我的结论是：没有真正好的方法来进行线程安全的单元测试。编程时，您必须始终睁大眼睛

为了说明这一点，我将给你一个现实生活中的（简化的）例子（我在更换雇主和查看现有代码时遇到了这个问题）：

想象你有一节课。如果没有人再使用该类，则希望该类自动删除。因此，在该类中构建一个引用计数器： （我知道在类的某个方法中删除类的实例是一种不好的风格。这是因为使用Ref类处理计数引用的实际代码的简化。）

这很简单，没什么好担心的。但这不是线程安全的！ 这是因为“refcount++”和“refcount--”不是原子操作，但都是三种操作：

• 从内存读取refcount到寄存器
• 递增/递减寄存器
• 将refcount从寄存器写入内存

这些操作中的每一个都可以被中断，另一个线程可以同时操作相同的refcount。因此，例如，如果两个线程想要增加refcount，可能会发生以下情况：

• 线程A：从内存读取refcount到寄存器（refcount:8）
• 线程A：增量寄存器
• • 语境变化-
• 线程B：从内存读取refcount到寄存器（refcount:8）
• 线程B：增量寄存器
• 线程B：将引用计数从寄存器写入内存（引用计数：9）
• • 语境变化-
• 线程A：将引用计数从寄存器写入内存（引用计数：9）

结果是：refcount=9，但它应该是10

这只能通过使用原子操作（即Windows上的InterlockedIncrement（）和InterlockedDecrement（））来解决

这个bug根本不稳定！原因是不太可能有两个线程同时尝试修改同一实例的refcount，并且代码之间存在上下文切换

但这是可能发生的！（如果您有一个多处理器或多核系统，这种可能性会增加，因为不需要进行上下文切换即可实现）。

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它将在几天、几周或几个月内发生

虽然我同意@rstevens的回答，目前没有办法100%确定地对线程问题进行单元测试，但我发现有些东西很有用

首先，不管你做了什么测试，都要确保你在很多不同的规格盒上运行它们。我有几个构建机器，都是不同的，多核的，单核的，快的，慢的，等等。它们的多样性的好处是不同的机器会产生不同的线程问题。我经常去苏尔

class A {
  private:
    int refcount;
  public:
    A() : refcount(0) {
    }
    void Ref() {
      refcount++;
    }
    void Release() {
      refcount--;
      if (refcount == 0) {
        delete this;
      }
    }
};