Question

我正在开发线程安全的单例类，我知道下面的代码不是线程安全的，因为我正在进行双重检查锁定错误。

protected static TestSingleton instance;

private TestSingleton() {
    // some code
}

public static synchronized void setup() {
    if (instance == null) {
        TestSingleton holder = new TestSingleton();
        instance = holder;
    }
}

public static TestSingleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        setup();
    }
    return instance;
}

但我正在尝试对此进行测试，以便我可以通过编程方式证明这不是线程安全的类。这是我的学习经历。

如何以编程方式测试并证明它不是线程安全的？

Answer 1

归结为：您的程序有一定数量的线程，在某些处理器上运行，但您的计算机只有一个主内存。

每个线程将以某种顺序读取和写入不同的内存位置，这与其他线程正在做的有些独立;所有这些读写操作都必须序列化，因为它们会出现在内存中。也就是说，内存系统必须逐个执行这些读写操作。

对于任何给定的多线程程序执行，可以有多种不同的方式可以序列化不同线程的操作。从字面上看，太多不值得了。如果即使其中一个可能的序列化导致程序产生错误的输出，那么您的程序也不是线程安全的。

那么你怎么能测试它们呢？

你不能。它们太多了，并且可能在一台计算机上频繁发生的序列化（例如，您的客户的关键任务服务器）可能从未发生在其他计算机上（例如，您的测试工具）。）

确保线程安全的唯一方法是使用经过数学验证的算法来同步线程的操作，以便不会发生错误的交错。

Answer 2

我已经看到为什么我的以下回答不正确。请参阅相关评论主题以了解原因。

~~我不认为可以证明你的程序在当前的版本中不是线程安全的，因为这些方法中的逻辑是安全的＆＃39;够了。~~

<击>
这是因为即使尝试同时调用getInstance（）内部的setup（）调用，setup（）内部的逻辑也将同步发生，因为该方法被声明为synchronized。

想象一下，你有两个线程，A和B，竞争访问setup（）。 A首先在实例变量中设置对TestSingleton对象的引用。当A在setup（）方法内部时，B尝试调用它并被阻止。 A完成，B进入方法。由于实例现在不为null，因此，B中不会调用setup（）中的逻辑。因此，您将永远不会在setup（）中看到条件块内部逻辑的多次调用。

Answer 3

简短回答：你做不到。

无论您在测试环境中运行此代码多少次，其实际工作的概率都非零。问题是，你不能真正估计这个概率，因此无法找到他们显示正确结果的概率所需的一些测试运行接近1。

但您实际上可以推断某个程序可能的执行方式。找到多线程程序中断的方法通常比证明它永远不会破坏更容易。

在这种情况下，存在以下问题：在线程1中instance执行期间写到setup与从instance执行读取以从线程2中的getInstance执行返回值，也不执行从instance执行的读取以检查null在线程2中的setup执行中。这意味着来自不同线程的两个调用可能产生不同的结果，即实现被破坏，我们甚至没有开始考虑代码重新排序。

通过声明instance volatile 来建立这样的关系会解决它。

您可以通过Alexey Shipilev在this excellent paper about Java Memory Model中了解有关顺序一致性，程序顺序和先发生关系的更多信息。这对你很有帮助。

不幸的是，目前无法实现所述推理的自动化。

Answer 4

通过您描述的测试，您最有可能查找的内容是两个线程从TestSingleton方法获取getInstance()的不同实例，或获取null的线程返回该方法的值，或者在完全初始化之前返回实例的线程。

问题在于你无法确定其中任何一种发生的可能性，实际上，它们可能非常不太可能。您可能会运行大量的测试迭代，而不会看到任何这些失败行为。如果您做看到其中一个，那么您将证明该程序不是线程安全的，但是没有看到它们中没有任何证据。

线程安全是一个程序属性，您必须通过分析程序来证明。在有限的时间内进行测试无法证明这一点。

如何从多个线程测试类的线程安全性？

4 个答案: