数据结构约束

有些数据结构可能要求一部分操作不能并发执行, 例如单生成者(single-producer)/单消费者(single-consumer) 队列. Lincheck 对这样的约束提供了现成的支持, 会根据约束条件生成并发场景.

以 JCTools 库中的单消费者队列为例. 我们来编写一个测试, 检查它的 poll(), peek(), 以及 offer(x) 操作的正确性.

在你的 build.gradle(.kts) 文件中, 添加 JCTools 依赖项:

dependencies {
    // jctools 依赖项
    testImplementation("org.jctools:jctools-core:3.3.0")
}

dependencies {
    // jctools 依赖项
    testImplementation "org.jctools:jctools-core:3.3.0"
}

为了满足单消费者约束条件, 需要确保所有的 poll() 和 peek() 消费操作都只会从单个线程中调用. 为了做到这一点, 我们可以将对应的 @Operation 注解的 nonParallelGroup 参数设置为相同的值, 例如, "consumers".

下面是测试代码:

import org.jctools.queues.atomic.*
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.annotations.*
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.check
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.strategy.managed.modelchecking.*
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.strategy.stress.*
import org.junit.*

class MPSCQueueTest {
    private val queue = MpscLinkedAtomicQueue<Int>()

    @Operation
    fun offer(x: Int) = queue.offer(x)

    @Operation(nonParallelGroup = "consumers")
    fun poll(): Int? = queue.poll()

    @Operation(nonParallelGroup = "consumers")
    fun peek(): Int? = queue.peek()

    @Test
    fun stressTest() = StressOptions().check(this::class)

    @Test
    fun modelCheckingTest() = ModelCheckingOptions().check(this::class)
}

下面是为这个测试生成的并发场景的例子:

= Iteration 15 / 100 =
| --------------------- |
| Thread 1  | Thread 2  |
| --------------------- |
| poll()    |           |
| poll()    |           |
| peek()    |           |
| peek()    |           |
| peek()    |           |
| --------------------- |
| offer(-1) | offer(0)  |
| offer(0)  | offer(-1) |
| peek()    | offer(-1) |
| offer(1)  | offer(1)  |
| peek()    | offer(1)  |
| --------------------- |
| peek()    |           |
| offer(-2) |           |
| offer(-2) |           |
| offer(2)  |           |
| offer(-2) |           |
| --------------------- |

注意, 所有的消费操作 poll() 和 peek() 的调用, 都通过单个线程执行, 因此满足了 "单消费者" 约束.

下一步

学次如何使用模型检查策略来检查你的算法的进度保证.

最终更新: 2024/10/17