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使用 Lincheck 编写你的第一个测试

本教程演示如何编写你的第一个 Lincheck 测试, 设置 Lincheck 框架, 并使用它的基本 API. 你将会创建一个新的 IntelliJ IDEA 项目, 其中包含不正确的并发计数器实现, 为它编写一个测试, 然后查找并分析 bug.

创建一个项目

在 IntelliJ IDEA 中, 打开一个既有的 Kotlin 项目, 或 创建一个新项目. 创建项目时, 使用 Gradle 构建系统.

添加需要的依赖项

  1. 打开 build.gradle(.kts) 文件, 确认参考列表中添加了 mavenCentral().

  2. 在 Gradle 配置中添加以下依赖项:

    repositories { mavenCentral() } dependencies { // Lincheck 依赖项 testImplementation("org.jetbrains.kotlinx:lincheck:2.28") // 这个依赖项允许你使用 kotlin.test 和 JUnit: testImplementation("junit:junit:4.13") }
    repositories { mavenCentral() } dependencies { // Lincheck 依赖项 testImplementation "org.jetbrains.kotlinx:lincheck:2.28" // 这个依赖项允许你使用 kotlin.test 和 JUnit: testImplementation "junit:junit:4.13" }

编写一个并发的计数器, 并运行测试

  1. src/test/kotlin 目录中, 创建 BasicCounterTest.kt 文件, 并添加以下代码, 这是一个有 bug 的并发计数器, 然后为它编写一个 Lincheck 测试:

    import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.annotations.* import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.* import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.strategy.stress.* import org.junit.* class Counter { @Volatile private var value = 0 fun inc(): Int = ++value fun get() = value } class BasicCounterTest { private val c = Counter() // 初始状态 // 对计数器的操作 @Operation fun inc() = c.inc() @Operation fun get() = c.get() @Test // JUnit fun stressTest() = StressOptions().check(this::class) // 奇迹发生在这里 }

    Lincheck 测试会自动完成以下工作:

    • 使用指定的 inc()get() 操作生成一些随机的并发场景.

    • 对生成的每个场景执行一系列调用.

    • 验证每个调用的结果是否正确.

  2. 运行上面的测试, 你将会看到以下错误:

    = Invalid execution results = | ------------------- | | Thread 1 | Thread 2 | | ------------------- | | inc(): 1 | inc(): 1 | | ------------------- |

    这里, Lincheck 发现了测试运行结果违反了计数器的原子性 – 两个并发的增加操作返回了相同的结果 1. 这代表其中一个增加操作丢失了, 计数器的行为不正确.

追踪错误的运行结果

除了显示错误的运行结果之外, Lincheck 还提供了一种追踪错误原因的方法. 可以通过 模型检查 测试策略来使用这个功能, 这个测试策略使用有限次数的上下文切换来对多次执行进行检验.

  1. 要切换测试策略, 请 options 类型从 StressOptions() 替换为 ModelCheckingOptions(). 修改后的 BasicCounterTest 类大致如下:

    import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.annotations.* import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.check import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.strategy.managed.modelchecking.* import org.junit.* class Counter { @Volatile private var value = 0 fun inc(): Int = ++value fun get() = value } class BasicCounterTest { private val c = Counter() @Operation fun inc() = c.inc() @Operation fun get() = c.get() @Test fun modelCheckingTest() = ModelCheckingOptions().check(this::class) }
  2. 再次运行测试. 你将会得到测试运行中导致错误结果的追踪信息:

    = Invalid execution results = | ------------------- | | Thread 1 | Thread 2 | | ------------------- | | inc(): 1 | inc(): 1 | | ------------------- | The following interleaving leads to the error: | --------------------------------------------------------------------- | | Thread 1 | Thread 2 | | --------------------------------------------------------------------- | | | inc() | | | inc(): 1 at BasicCounterTest.inc(BasicCounterTest.kt:18) | | | value.READ: 0 at Counter.inc(BasicCounterTest.kt:10) | | | switch | | inc(): 1 | | | | value.WRITE(1) at Counter.inc(BasicCounterTest.kt:10) | | | value.READ: 1 at Counter.inc(BasicCounterTest.kt:10) | | | result: 1 | | --------------------------------------------------------------------- |

    根据这个追踪信息信息, 发生了以下事件:

    • T2: 第 2 个线程开始了 inc() 操作, 读取当前的计数器值 (value.READ: 0), 然后暂停.

    • T1: 第 1 个线程执行 inc(), 返回 1, 然后结束.

    • T2: 第 2 个线程恢复运行, 对前面得到的计数器值加 1, 错误的将计数器更新为 1.

测试 Java 标准库

下面我们来发现一个 Java 标准库的 ConcurrentLinkedDeque 中的 bug. 下面的 Lincheck 测试会发现向双向队列头部删除和添加一个元素时发生的竞争情况:

import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.* import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.annotations.* import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.strategy.managed.modelchecking.* import org.junit.* import java.util.concurrent.* class ConcurrentDequeTest { private val deque = ConcurrentLinkedDeque<Int>() @Operation fun addFirst(e: Int) = deque.addFirst(e) @Operation fun addLast(e: Int) = deque.addLast(e) @Operation fun pollFirst() = deque.pollFirst() @Operation fun pollLast() = deque.pollLast() @Operation fun peekFirst() = deque.peekFirst() @Operation fun peekLast() = deque.peekLast() @Test fun modelCheckingTest() = ModelCheckingOptions().check(this::class) }

运行 modelCheckingTest(). 测试将会失败, 输出信息如下:

= Invalid execution results = | ---------------------------------------- | | Thread 1 | Thread 2 | | ---------------------------------------- | | addLast(22): void | | | ---------------------------------------- | | pollFirst(): 22 | addFirst(8): void | | | peekLast(): 22 [-,1] | | ---------------------------------------- | --- All operations above the horizontal line | ----- | happen before those below the line --- Values in "[..]" brackets indicate the number of completed operations in each of the parallel threads seen at the beginning of the current operation --- The following interleaving leads to the error: | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | Thread 1 | Thread 2 | | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | pollFirst() | | | pollFirst(): 22 at ConcurrentDequeTest.pollFirst(ConcurrentDequeTest.kt:17) | | | first(): Node@1 at ConcurrentLinkedDeque.pollFirst(ConcurrentLinkedDeque.java:915) | | | item.READ: null at ConcurrentLinkedDeque.pollFirst(ConcurrentLinkedDeque.java:917) | | | next.READ: Node@2 at ConcurrentLinkedDeque.pollFirst(ConcurrentLinkedDeque.java:925) | | | item.READ: 22 at ConcurrentLinkedDeque.pollFirst(ConcurrentLinkedDeque.java:917) | | | prev.READ: null at ConcurrentLinkedDeque.pollFirst(ConcurrentLinkedDeque.java:919) | | | switch | | | | addFirst(8): void | | | peekLast(): 22 | | compareAndSet(Node@2,22,null): true at ConcurrentLinkedDeque.pollFirst(ConcurrentLinkedDeque.java:920) | | | unlink(Node@2) at ConcurrentLinkedDeque.pollFirst(ConcurrentLinkedDeque.java:921) | | | result: 22 | | | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |

下一步

选择 你的测试策略, 并对测试的运行进行配置.

参见

最终更新: 2024/10/17