压力测试和模型检测
Lincheck 提供了两种测试策略：压力测试 (stress testing) 和模型检测 (model checking)。使用我们在 上一步 的 BasicCounterTest.kt 文件中编写的 Counter，了解这两种方法的工作原理：
class Counter {
@Volatile
private var value = 0
fun inc(): Int = ++value
fun get() = value
}压力测试
编写压力测试
按照以下步骤，为 Counter 创建一个并发压力测试：
- 创建
CounterTest类。 - 在此类中，添加
Counter类型的字段c，并在构造函数中创建其实例。 - 列出计数器操作并用
@Operation注解标记它们，将其实现委托给c。 - 使用
StressOptions()指定压力测试策略。 - 调用
StressOptions.check()函数来运行测试。
结果代码如下所示：
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.annotations.*
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.check
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.strategy.stress.*
import org.junit.*
class CounterTest {
private val c = Counter() // 初始状态
// 对计数器进行的操作
@Operation
fun inc() = c.inc()
@Operation
fun get() = c.get()
@Test // 运行测试
fun stressTest() = StressOptions().check(this::class)
}压力测试的工作原理
首先，Lincheck 使用 @Operation 标记的操作生成一组并发场景 (concurrent scenarios)。然后它启动原生线程 (native threads)，并在开始时同步它们，以确保操作同时启动。最后，Lincheck 会在这些原生线程上多次执行每个场景，期望遇到产生不正确结果的交错 (interleaving)。
下图显示了 Lincheck 如何执行生成场景的高层示意图：
模型检测
关于压力测试的主要问题是，你可能需要花费数小时才能理解如何重现发现的 bug。为了帮助解决此问题，Lincheck 支持有界模型检测 (bounded model checking)，它会自动提供一个交错来重现 bug。
模型检测测试的构建方式与压力测试相同。只需将指定测试策略的 StressOptions() 替换为 ModelCheckingOptions() 即可。
编写模型检测测试
要将压力测试策略更改为模型检测，请在你的测试中将 StressOptions() 替换为 ModelCheckingOptions()：
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.annotations.*
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.check
import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.strategy.managed.modelchecking.*
import org.junit.*
class CounterTest {
private val c = Counter() // 初始状态
// 对计数器进行的操作
@Operation
fun inc() = c.inc()
@Operation
fun get() = c.get()
@Test // 运行测试
fun modelCheckingTest() = ModelCheckingOptions().check(this::class)
}模型检测的工作原理
复杂并发算法中的大多数 bug 可以通过经典的交错来重现，即在不同线程之间切换执行。此外，弱内存模型的模型检测器非常复杂，因此 Lincheck 在 顺序一致性内存模型 (sequential consistency memory model) 下使用有界模型检测。
简而言之，Lincheck 分析所有交错，从一次上下文切换 (context switch) 开始，然后是两次，持续该过程直到检查指定数量的交错。此策略允许以最少的上下文切换次数找到不正确的调度，从而使后续的 bug 调查更容易。
为了控制执行，Lincheck 会在测试代码中插入特殊的切换点 (switch points)。这些点标识了可以执行上下文切换的位置。本质上，这些是共享内存访问 (shared memory accesses)，例如 JVM 中的字段和数组元素读写，以及 wait/notify 和 park/unpark 调用。为了插入切换点，Lincheck 使用 ASM 框架即时转换测试代码，在现有代码中添加内部函数调用。
由于模型检测策略控制执行，Lincheck 可以提供导致无效交错的跟踪 (trace)，这在实践中非常有帮助。你可以在 使用 Lincheck 编写第一个测试 教程中看到 Counter 不正确执行的跟踪示例。
哪种测试策略更好？
模型检测策略 更适合在顺序一致性内存模型下查找 bug，因为它能确保更好的覆盖率，并在发现错误时提供失败的执行跟踪。
尽管 压力测试 不保证任何覆盖率，但对于检查由低级效应（例如遗漏的 volatile 修饰符）引入的 bug 仍然很有帮助。压力测试对于发现需要大量上下文切换才能重现的罕见 bug 也非常有帮助，并且由于模型检测策略当前的限制，无法分析所有这些 bug。
配置测试策略
要配置测试策略，请在 <TestingMode>Options 类中设置选项。
为
CounterTest设置场景生成和执行的选项：kotlinimport org.jetbrains.kotlinx.lincheck.annotations.* import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.check import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.strategy.stress.* import org.junit.* class CounterTest { private val c = Counter() @Operation fun inc() = c.inc() @Operation fun get() = c.get() @Test fun stressTest() = StressOptions() // 压力测试选项： .actorsBefore(2) // 并行部分前的操作数量 .threads(2) // 并行部分中的线程数量 .actorsPerThread(2) // 并行部分中每个线程的操作数量 .actorsAfter(1) // 并行部分后的操作数量 .iterations(100) // 生成 100 个随机并发场景 .invocationsPerIteration(1000) // 运行每个生成的场景 1000 次 .check(this::class) // 运行测试 }再次运行
stressTest()，Lincheck 将生成与以下类似的场景：text| ------------------- | | Thread 1 | Thread 2 | | ------------------- | | inc() | | | inc() | | | ------------------- | | get() | inc() | | inc() | get() | | ------------------- | | inc() | | | ------------------- |这里，并行部分前有两个操作，每个操作有两个线程，之后最后有一个操作。
你可以以同样的方式配置模型检测测试。
场景最小化
你可能已经注意到，检测到的错误通常用比测试配置中指定的更小的场景表示。Lincheck 试图最小化错误，在不导致测试失败的前提下积极移除操作。
这是上面计数器测试的最小化场景：
= Invalid execution results =
| ------------------- |
| Thread 1 | Thread 2 |
| ------------------- |
| inc() | inc() |
| ------------------- |由于分析较小的场景更容易，因此默认启用场景最小化。要禁用此功能，请将 minimizeFailedScenario(false) 添加到 [Stress, ModelChecking]Options 配置中。
记录数据结构状态
另一个有用的调试功能是 状态记录 (state logging)。当分析导致错误的交错时，你通常会在纸上绘制数据结构的变化，并在每个事件后更改状态。为了自动化此过程，你可以提供一个特殊方法，该方法返回数据结构的 String 表示，以便 Lincheck 在修改数据结构的交错中，在每个事件后打印状态表示。
为此，请定义一个不带参数且用 @StateRepresentation 注解标记的方法。该方法应该是线程安全的、非阻塞的，并且永不修改数据结构。
在
Counter示例中，String表示只是计数器的值。因此，要在跟踪中打印计数器状态，请将stateRepresentation()函数添加到CounterTest中：kotlinimport org.jetbrains.kotlinx.lincheck.annotations.* import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.check import org.jetbrains.kotlinx.lincheck.strategy.managed.modelchecking.* import org.junit.Test class CounterTest { private val c = Counter() @Operation fun inc() = c.inc() @Operation fun get() = c.get() @StateRepresentation fun stateRepresentation() = c.get().toString() @Test fun modelCheckingTest() = ModelCheckingOptions().check(this::class) }现在运行
modelCheckingTest()并检查在修改计数器状态的切换点打印的Counter状态（它们以STATE:开头）：text= Invalid execution results = | ------------------- | | Thread 1 | Thread 2 | | ------------------- | | STATE: 0 | | ------------------- | | inc(): 1 | inc(): 1 | | ------------------- | | STATE: 1 | | ------------------- | The following interleaving leads to the error: | -------------------------------------------------------------------- | | Thread 1 | Thread 2 | | -------------------------------------------------------------------- | | | inc() | | | inc(): 1 at CounterTest.inc(CounterTest.kt:10) | | | value.READ: 0 at Counter.inc(BasicCounterTest.kt:10) | | | switch | | inc(): 1 | | | STATE: 1 | | | | value.WRITE(1) at Counter.inc(BasicCounterTest.kt:10) | | | STATE: 1 | | | value.READ: 1 at Counter.inc(BasicCounterTest.kt:10) | | | result: 1 | | -------------------------------------------------------------------- |
在压力测试的情况下，Lincheck 会在场景的并行部分之前和之后以及结束时打印状态表示。
下一步
了解如何 配置传递给操作的参数 以及何时这会有用。