Java中怎么測試線程的安全性

Java中怎么測試線程的安全性，很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

線程安全性是Java等語言/平臺(tái)中類的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，在Java中，我們經(jīng)常在線程之間共享對(duì)象。由于缺乏線程安全性而導(dǎo)致的問題很難調(diào)試，因?yàn)樗鼈兪桥及l(fā)的，而且?guī)缀醪豢赡苡心康牡刂噩F(xiàn)。如何測試對(duì)象以確保它們是線程安全的？

假如有一個(gè)內(nèi)存書架

package com.mzc.common.thread; import java.util.Map;import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; /** * <p class="detail"> * 功能: 內(nèi)存書架 * </p> * * @author Moore * @ClassName Books. * @Version V1.0. * @date 2019.12.10 14:00:13 */public class Books { final Map<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();  /** * <p class="detail"> * 功能: 存書，并返回書的id * </p> * * @param title : * @return int * @author Moore * @date 2019.12.10 14:00:16 */ int add(String title) { final Integer next = this.map.size() + 1; this.map.put(next, title); return next; }  /** * <p class="detail"> * 功能: 根據(jù)書的id讀取書名 * </p> * * @param id : * @return string * @author Moore * @date 2019.12.10 14:00:16 */ String title(int id) { return this.map.get(id); }}

首先，我們把一本書放進(jìn)書架，書架會(huì)返回它的ID。然后，我們可以通過它的ID來讀取書名，像這樣:

Books books = new Books();String title = "Elegant Objects";int id = books.add(title);assert books.title(id).equals(title);

這個(gè)類似乎是線程安全的，因?yàn)槲覀兪褂玫氖蔷€程安全的ConcurrentHashMap，而不是更原始和非線程安全的HashMap，對(duì)吧？我們先來測試一下：

public class BooksTest { @Test public void addsAndRetrieves() { Books books = new Books(); String title = "Elegant Objects"; int id = books.add(title); assert books.title(id).equals(title); }}

查看測試結(jié)果：

測試通過了，但這只是一個(gè)單線程測試。讓我們嘗試從幾個(gè)并行線程中進(jìn)行相同的操作（我使用的是Hamcrest）：

/** * <p class="detail"> * 功能: 多線程測試 * </p> * * @throws ExecutionException the execution exception * @throws InterruptedException the interrupted exception * @author Moore * @date 2019.12.10 14:16:34 */ @Test public void addsAndRetrieves2() throws ExecutionException, InterruptedException { Books books = new Books(); int threads = 10; ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(threads); Collection<Future<Integer>> futures = new ArrayList<>(threads); for (int t = 0; t < threads; ++t) {  final String title = String.format("Book #%d", t);  futures.add(service.submit(() -> books.add(title))); } Set<Integer> ids = new HashSet<>(); for (Future<Integer> f : futures) {  ids.add(f.get()); } assertThat(ids.size(), equalTo(threads)); }

首先，我通過執(zhí)行程序創(chuàng)建線程池。然后，我通過Submit（）提交10個(gè)Callable類型的對(duì)象。他們每個(gè)都會(huì)在書架上添加一本唯一的新書。所有這些將由池中的10個(gè)線程中的某些線程以某種不可預(yù)測的順序執(zhí)行。

然后，我通過Future類型的對(duì)象列表獲取其執(zhí)行者的結(jié)果。最后，我計(jì)算創(chuàng)建的唯一圖書ID的數(shù)量。如果數(shù)字為10，則沒有沖突。我使用Set集合來確保ID列表僅包含唯一元素。

我們看一下這樣改造后的運(yùn)行結(jié)果：

測試也通過了，但是，它不夠強(qiáng)壯。這里的問題是它并沒有真正從多個(gè)并行線程測試這些書。在兩次調(diào)用commit（）之間經(jīng)過的時(shí)間足夠長，可以完成books.add（）的執(zhí)行。這就是為什么實(shí)際上只有一個(gè)線程可以同時(shí)運(yùn)行的原因。

我們可以通過修改一些代碼再來檢查它：

@Test public void addsAndRetrieves3() {  Books books = new Books();  int threads = 10;  ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(threads);  AtomicBoolean running = new AtomicBoolean();  AtomicInteger overlaps = new AtomicInteger();  Collection<Future<Integer>> futures = new ArrayList<>(threads);  for (int t = 0; t < threads; ++t) {   final String title = String.format("Book #%d", t);   futures.add(     service.submit(       () -> {        if (running.get()) {         overlaps.incrementAndGet();        }        running.set(true);        int id = books.add(title);        running.set(false);        return id;       }     )   );  }  assertThat(overlaps.get(), greaterThan(0)); }

看一下測試結(jié)果：

執(zhí)行錯(cuò)誤，說明插入的書和返回的id數(shù)量是不沖突的。

通過上面的代碼，我試圖了解線程之間的重疊頻率以及并行執(zhí)行的頻率。但是基本上概率為0，所以這個(gè)測試還沒有真正測到我想測的，還不是我們想要的，它只是把十本書一本一本地加到書架上。

再來：

可以看到，如果我把線程數(shù)增加到1000，它們會(huì)開始重疊或者并行運(yùn)行。

但是我希望即使線程數(shù)只有10個(gè)的時(shí)候，也會(huì)出現(xiàn)重疊并行的情況。怎么辦呢？為了解決這個(gè)問題，我使用CountDownLatch：

@Test  public void addsAndRetrieves4() throws ExecutionException, InterruptedException {    Books books = new Books();    int threads = 10;    ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(threads);    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);    AtomicBoolean running = new AtomicBoolean();    AtomicInteger overlaps = new AtomicInteger();    Collection<Future<Integer>> futures = new ArrayList<>(threads);    for (int t = 0; t < threads; ++t) {      final String title = String.format("Book #%d", t);      futures.add(          service.submit(              () -> {                latch.await();                if (running.get()) {                  overlaps.incrementAndGet();                }                running.set(true);                int id = books.add(title);                running.set(false);                return id;              }          )      );    }    latch.countDown();    Set<Integer> ids = new HashSet<>();    for (Future<Integer> f : futures) {      ids.add(f.get());    }    assertThat(overlaps.get(), greaterThan(0));  }

現(xiàn)在，每個(gè)線程在接觸書本之前都要等待鎖權(quán)限。當(dāng)我們通過Submit（）提交所有內(nèi)容時(shí)，它們將保留并等待。然后，我們用countDown（）釋放鎖，它們才同時(shí)開始運(yùn)行。

查看運(yùn)行結(jié)果：

通過運(yùn)行結(jié)果可以知道，現(xiàn)在線程數(shù)還是為10，但是線程的重疊數(shù)是大于0的，所以assertTrue執(zhí)行通過，ids也不等于10了，也就是沒有像以前那樣得到10個(gè)圖書ID。顯然，Books類不是線程安全的！

在修復(fù)優(yōu)化該類之前，教大家一個(gè)簡化測試的方法，使用來自Cactoos的RunInThreads，它與我們上面所做的完全一樣，但代碼是這樣的：

@Test  public void addsAndRetrieves5() {    Books books = new Books();    MatcherAssert.assertThat(        t -> {          String title = String.format(              "Book #%d", t.getAndIncrement()          );          int id = books.add(title);          return books.title(id).equals(title);        },        new RunsInThreads<>(new AtomicInteger(), 10)    );  }

assertThat（）的第一個(gè)參數(shù)是Func（一個(gè)函數(shù)接口）的實(shí)例，接受AtomicInteger（RunsThreads的第一個(gè)參數(shù)）并返回布爾值。此函數(shù)將在10個(gè)并行線程上執(zhí)行，使用與上述相同的基于鎖的方法。

這個(gè)RunInThreads看起來非常緊湊，用起來也很方便，推薦給大家，可以用起來的。只需要在你的項(xiàng)目中添加一個(gè)依賴：

<dependency>      <groupId>org.llorllale</groupId>      <artifactId>cactoos-matchers</artifactId>      <version>0.18</version>    </dependency>

看完上述內(nèi)容是否對(duì)您有幫助呢？如果還想對(duì)相關(guān)知識(shí)有進(jìn)一步的了解或閱讀更多相關(guān)文章，請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝您對(duì)億速云的支持。