如何使用XCTest测试线程安全性

时间:2016-07-17 12:17:52

标签: swift multithreading thread-safety xctest

假设我们有一个具有可变状态的以下类:

class Machine {
   var state = 0
}

现在,让我们说有一些控制国家的内部机制。但是,状态更改可能发生在任何线程或队列上,因此必须在线程安全环境中执行对state属性的读写操作。为此,我们将在sync(:_)上使用简单的dispatch_queue_t方法来同步对state变量的访问。 (不是唯一的方法,但这只是一个例子)

现在,我们可以使用dispatch_sync(_:)方法创建一个包含状态值的私有变量和另一个包含自定义setter和getter的公共变量。

class Machine {
    private var internalState = 0

    var state: Int {
        get {
            var value: Int?
            dispatch_sync(dispatch_get_main_queue()) {
                value = self.internalState
            }
            return value!
        }

        set(newState) {
            dispatch_sync(dispatch_get_main_queue()) {
                self.internalState = newState
            }
        }
    }
}

state现在可以从任何队列或线程进行安全的同步访问 - 它的线程安全。

现在问题就在这里。

如何使用XCTest

测试此行为

由于类Machine可以有一个复杂的状态机,我们需要测试它在任何环境中的表现:

  • 从任何队列或线程测试对state的访问权
  • 测试从任何队列或线程写入state

成功测试此类行为的最佳方法是什么?

目前,我正在创建自定义调度队列数组和已定义状态数组。然后我使用dispatch_async方法来更改状态并测试其值。这引入了XCTest执行的新问题,因为我需要跟踪所有状态突变何时完成。该解决方案似乎相当复杂且难以维护。

为了获得更好的测试,我能做些什么?

1 个答案:

答案 0 :(得分:1)

在考虑测试这样的线程安全代码时,有两个重要的移动部分:

  1. 状态访问器仅在锁定的上下文中运行
  2. 锁定机制实际上是线程安全的。
  3. 虽然第一个可以通过使用模拟技术相对可测试,但后者难以测试,主要是因为验证某些代码是线程安全的,涉及单元测试来自多个线程的代码同时访问线程安全资源时间。甚至这种技术也不是防弹,因为我们不能完全控制我们从单元测试中创建的线程的执行顺序,也不能完全控制每个线程的分配时间,以确保我们捕获可能发生的所有可能的竞争条件。

    考虑到上述情况,我建议编写一个提供锁定机制的小类/结构,并在state访问器中使用它。将这样的责任分开使得通过代码审查更容易评估锁定机制的正确性。

    所以,我的建议是将线程安全代码移动到专用包装器中,并使用Machine类中的包装器:

    /// A struct that just wraps a value and access it in a thread safe manner
    public struct ThreadSafeBox<T> {
        private var _value: T
    
        /// Thread safe value, uses the main thread to synchronize the accesses
        public var value: T {
            get {
                if Thread.isMainThread { return _value }
                else { return DispatchQueue.main.sync { _value } }
            }
            set {
                if Thread.isMainThread { _value = newValue }
                else { DispatchQueue.main.sync { _value = newValue } }
            }
        }
    
        /// Initializes the box with the given value
        init(_ value: T) {
            _value = value
        }
    }
    

    ThreadSafeBox代码相对较小,在代码审查时可以发现任何设计缺陷,因此理论上它的线程安全性可以通过代码分析来证明。一旦我们证明了ThreadSafeBox的可靠性,我们就可以保证Machine在其state属性方面也是线程安全的。

    如果你真的想测试属性访问器,你可以验证get / set操作只在主线程上运行的事实,这应该足以验证线程的安全性。请注意,锁定机制与该类的实现细节有关,单元测试实现细节的缺点是紧密耦合单元和单元测试。如果实现细节发生变化,这可能导致需要更新测试,这使得测试不太可靠。