3 评论

C++ 多线程调试和测试的注意事项

  在上次的帖子聊了 C++ 多线程的跨平台问题,后来感觉意犹未尽。今天顺便说一下开发C++多线程应用程序时,有关调试和测试的一些注意事项。下面这些注意事项主要是针对C++,不过有些对于其它的语言也适用。

★关于设置断点和单步执行


  很多同学非常依赖于调试器的断点功能和单步功能。这在单线程情况下倒还好(不过有些单线程但涉及 GUI 的程序,也会有点麻烦)。至于多线程程序的调试,这两种手段简直就是噩梦的开始。
  多线程造成的主要问题大都和竞态条件(Race Condition,详细解释看“这里”)有关。而设置断点或单步跟踪可能会【严重干扰】多个线程之间的竞争状态。导致你看到的是一个假象。比如本来有两个线程并发执行,存在某些不和谐的 Bug(由竞态引起)。一旦你在某一个线程设置了断点,该线程在断点处停住了,只剩下另一个线程在跑。这时候,并发的场景已经完全被破坏了,你通过调试器看到的【有可能】是一个和谐的场景。
  稍微跑一下题。这很类似量子力学的“测不准原理”,观测者的观测行为干扰了被测量的客体,导致观测者看到的是一个干扰后的现象。

★关于 Log 输出


  既然断点和单步不好用。那咋办捏?一个替代方案是输出 log 日志。它可以有效减轻断点和单步所导致的(针对竞态条件的)副作用。

◇传统 Log 机制的问题


  传统的 log 输出主要是打印到屏幕或者输出到文件。对于 C++ 而言,标准库内置的类和函数(比如“cout、printf、fputs”)可能会有线程安全的问题(和编译器的具体实现有关)。尤其是标准流类库(iostream)的八个全局对象,更是要小心慎用。轻则输出的 log 文本混杂,重则导致程序崩溃。
  鉴于上述原因,应该尽量使用第三方线程库内置的 log 机制来搞定 log 输出功能。比如 ACE 内置的 ACE_Log_Msg 等。

◇Log 函数要短小精悍


  很多情况下,我们会包装一个公用的函数来实现 log 输出功能。然后在该函数内部调用线程库的 log 类/函数。为了不影响线程的竞态条件,这个 log 函数要尽可能简单轻便:不要涉及太多杂七杂八的琐事、千万别进行耗时的操作、尽量不操作一些全局的变量。

◇Log 的副作用


  不过捏,即使 log 函数再短小精悍,也还是有可能影响竞态条件(毕竟 log 也有开销,也要消耗 CPU 时间)。
  万一竞态条件受到 log 的影响,那就比较棘手了。俺以前就碰到过这种情况:加了 log,程序没有问题;去掉 log,程序随机崩溃。这种情况一般有两种可能:要么是 log 函数本身就有 bug,要么是程序的竞态条件非常敏感(连 log 的开销都会有影响)。
  这时候你能依靠的就只有肉眼和人脑了。先把相关的代码和文档仔细看上几遍(最好再找其他有经验的人一起 Code Review),然后大家一起开动脑筋使劲琢磨。

★关于 Debug 版本和 Release 版本


  C++ 程序经常有 Debug 版本和 Release 版本的区别。有些时候,这也会导致一些多线程的问题。
  由于 Debug 版本包含了一些调试信息、启用了某些调试机制(比如 assert 宏)。所以就【可能】影响到多线程的竞争状态。在倒霉的时候,会碰上 Debug 版本工作正常,Release 版本程序随机崩溃。要避免这种情况,可以考虑下面两个办法:

◇放弃使用 Debug 版本


  你可以干脆放弃使用 Debug 版本。在这种情况下,你需要考虑把诸如 assert 之类调试相关的宏替换成自己的一套宏,使得在非 Debug 版本下也可以生效。

◇两种版本同步测试


  使用此方法,程序员平时自测可以使用 Debug 版本,但是测试人员日常测试的必须是 Release 版本。具体的操作步骤可以利用每日构建来辅助进行(每日构建的介绍参见“这里”)。一定要避免:在平时仅仅搞 Debug 版本的测试,等到发布前夕再制作 Release 版本。这种做法是非常危险滴!

★关于测试的机器(硬件)


  说一个亲身经历、印象深刻的事情。
  当年用 ACE 开发跨平台程序的时候,公司内的的开发环境和测试环境都是单 CPU 的机器——在那个年代,多核的机器还没有面世,而多 CPU 的机器又挺贵,公司没舍得花钱配置。
  软件开发完之后,测试人员经过几轮回归测试,也没发现太大问题。但是拿到客户的环境中运行,却经常会随机性崩溃。因为无法在客户环境中 Debug,自己的环境又死活没问题,开发组的几个人只好充分发挥肉眼和人脑的功能(盯着代码和设计文档猛想)。经过 N 长时间,差点把脑袋想破,最后才意识到客户的机器是多 CPU 的。然后赶紧从其它部门借了一台多 CPU 机器,装上软件调试,最后查出是一个第三方库有问题。此事过后,俺立即想出各种法子,去申请了几台多 CPU 机器给测试人员用。
  由于上述的前车之鉴,俺强烈建议:如果是开发多线程的应用程序,尽量给【每个】编程人员和测试人员都配置“多核”或者“多 CPU”的测试机。毕竟现在多核机器已经很普及了,即使多 CPU 的机器,价格也还凑合。实在没必要为了省那点小钱而引入开发风险(不光会浪费开发/测试人员的时间,还可能增加实施和维护的成本)。
  写到这里,可能有同学会问“超线程的机器如何捏?”
  关于“多 CPU多核超线程”这三者之间的差异,有兴趣的同学可以看“Intel 官网的介绍”。俺个人感觉超线程不如多核与多CPU爽。
版权声明
本博客所有的原创文章,作者皆保留版权。转载必须包含本声明,保持本文完整,并以超链接形式注明作者编程随想和本文原始地址:
https://program-think.blogspot.com/2009/04/debug-test-multithreaded-applications.html

3 条评论

  1. 哎 楼主 真双核是没有超线程功能的

    回复删除
  2. 楼上的同学所说的,和我原文似乎没啥矛盾呵。

    回复删除
  3. I was wondering if you ever considered changing the structure of your blog?
    Its very well written; I love what youve got to say.
    But maybe you could a little more in the way of content so people could connect with it better.
    Youve got an awful lot of text for only having 1 or two pictures.

    Maybe you could space it out better?
    Also visit my weblog ; black friday Deals

    回复删除