我曾经有过测试线程代码的不幸任务，这绝对是我写过的最难的测试。

在编写测试时，我使用委托和事件的组合。基本上，它都是关于使用PropertyNotifyChanged事件和WaitCallback或某种轮询的ConditionalWaiter。

我不确定这是否是最好的方法，但它对我来说是有效的。

确实很难!在我的(c++)单元测试中，我按照使用的并发模式将其分解为几个类别:

Unit tests for classes that operate in a single thread and aren't thread aware -- easy, test as usual. Unit tests for Monitor objects (those that execute synchronized methods in the callers' thread of control) that expose a synchronized public API -- instantiate multiple mock threads that exercise the API. Construct scenarios that exercise internal conditions of the passive object. Include one longer running test that basically beats the heck out of it from multiple threads for a long period of time. This is unscientific I know but it does build confidence. Unit tests for Active objects (those that encapsulate their own thread or threads of control) -- similar to #2 above with variations depending on the class design. Public API may be blocking or non-blocking, callers may obtain futures, data may arrive at queues or need to be dequeued. There are many combinations possible here; white box away. Still requires multiple mock threads to make calls to the object under test.

题外话:

在我所做的内部开发人员培训中，我教授了并发的支柱和这两种模式，作为思考和分解并发问题的主要框架。显然还有更先进的概念，但我发现这组基础知识可以帮助工程师摆脱困境。正如上面所描述的，它还会导致代码更具单元可测试性。

听着，要做到这一点并不容易。我正在做一个本来就是多线程的项目。事件来自操作系统，我必须并发地处理它们。

处理测试复杂的多线程应用程序代码的最简单方法是:如果它太复杂而无法测试，那么您做错了。如果您有一个单独的实例，其中有多个线程作用于它，并且您无法测试这些线程相互踩在一起的情况，那么您的设计需要重做。它既简单又复杂。

有许多方法可以为多线程编程，以避免线程同时通过实例运行。最简单的方法是使所有对象都是不可变的。当然，这通常是不可能的。因此，您必须在设计中确定线程与同一实例交互的地方，并减少这些地方的数量。通过这样做，您可以隔离多线程实际发生的几个类，从而降低测试系统的总体复杂性。

但是您必须意识到，即使这样做，您仍然不能测试两个线程相互践踏的每一种情况。要做到这一点，您必须在同一个测试中并发地运行两个线程，然后准确地控制它们在任何给定时刻执行的行。你能做的就是模拟这种情况。但这可能需要您专门为测试编写代码，这充其量是迈向真正解决方案的半步。

测试代码是否存在线程问题的最好方法可能是对代码进行静态分析。如果您的线程代码没有遵循有限的线程安全模式集，那么您可能会遇到问题。我相信VS中的代码分析确实包含了一些线程的知识，但可能不多。

看，就目前的情况来看(可能还会持续很长一段时间)，测试多线程应用程序的最佳方法是尽可能降低线程代码的复杂性。最小化线程交互的区域，尽可能地进行测试，并使用代码分析来识别危险区域。

Pete Goodliffe有一个关于线程代码单元测试的系列。

是很困难的。我采用了更简单的方法，尽量将线程代码从实际测试中抽象出来。皮特确实提到了我分手的方式是错误的但我要么是正确的，要么就是我很幸运。

我在测试多线程代码时也遇到了严重的问题。然后我在Gerard Meszaros的“xUnit测试模式”中找到了一个非常酷的解决方案。他描述的模式被称为Humble object。

基本上，它描述了如何将逻辑提取到独立的、易于测试的组件中，该组件与环境解耦。在你测试了这个逻辑之后，你可以测试复杂的行为(多线程，异步执行，等等…)

我喜欢编写两个或多个测试方法在并行线程上执行，并且每个方法都调用被测对象。我一直在使用Sleep()调用来协调来自不同线程的调用顺序，但这并不真正可靠。它也慢得多，因为你必须睡足够长的时间，时间通常是有效的。

我从编写FindBugs的同一组中找到了多线程TC Java库。它允许您在不使用Sleep()的情况下指定事件的顺序，而且它是可靠的。我还没试过。

这种方法的最大限制是它只允许您测试您怀疑会引起麻烦的场景。正如其他人所说，您确实需要将多线程代码隔离到少量简单类中，以便有希望彻底测试它们。

一旦您仔细测试了您预计会导致问题的场景，那么在类中抛出一堆并发请求的不科学测试是寻找意外问题的好方法。

更新:我已经玩了一些多线程TC Java库，它工作得很好。我还将它的一些特性移植到一个。net版本，我称之为TickingTest。

对于Java，请参阅JCIP的第12章。有一些具体的例子，可以编写确定性的多线程单元测试，以至少测试并发代码的正确性和不变量。

用单元测试“证明”线程安全要危险得多。我相信在各种平台/配置上进行自动化集成测试会更好。

我做过很多这样的事，的确很糟糕。

一些建议:

GroboUtils for running multiple test threads alphaWorks ConTest to instrument classes to cause interleavings to vary between iterations Create a throwable field and check it in tearDown (see Listing 1). If you catch a bad exception in another thread, just assign it to throwable. I created the utils class in Listing 2 and have found it invaluable, especially waitForVerify and waitForCondition, which will greatly increase the performance of your tests. Make good use of AtomicBoolean in your tests. It is thread safe, and you'll often need a final reference type to store values from callback classes and suchlike. See example in Listing 3. Make sure to always give your test a timeout (e.g., @Test(timeout=60*1000)), as concurrency tests can sometimes hang forever when they're broken.

清单1:

@After
public void tearDown() {
    if ( throwable != null )
        throw throwable;
}

清单2:

import static org.junit.Assert.fail;
import java.io.File;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.util.Random;
import org.apache.commons.collections.Closure;
import org.apache.commons.collections.Predicate;
import org.apache.commons.lang.time.StopWatch;
import org.easymock.EasyMock;
import org.easymock.classextension.internal.ClassExtensionHelper;
import static org.easymock.classextension.EasyMock.*;

import ca.digitalrapids.io.DRFileUtils;

/**
 * Various utilities for testing
 */
public abstract class DRTestUtils
{
    static private Random random = new Random();

/** Calls {@link #waitForCondition(Integer, Integer, Predicate, String)} with
 * default max wait and check period values.
 */
static public void waitForCondition(Predicate predicate, String errorMessage) 
    throws Throwable
{
    waitForCondition(null, null, predicate, errorMessage);
}

/** Blocks until a condition is true, throwing an {@link AssertionError} if
 * it does not become true during a given max time.
 * @param maxWait_ms max time to wait for true condition. Optional; defaults
 * to 30 * 1000 ms (30 seconds).
 * @param checkPeriod_ms period at which to try the condition. Optional; defaults
 * to 100 ms.
 * @param predicate the condition
 * @param errorMessage message use in the {@link AssertionError}
 * @throws Throwable on {@link AssertionError} or any other exception/error
 */
static public void waitForCondition(Integer maxWait_ms, Integer checkPeriod_ms, 
    Predicate predicate, String errorMessage) throws Throwable 
{
    waitForCondition(maxWait_ms, checkPeriod_ms, predicate, new Closure() {
        public void execute(Object errorMessage)
        {
            fail((String)errorMessage);
        }
    }, errorMessage);
}

/** Blocks until a condition is true, running a closure if
 * it does not become true during a given max time.
 * @param maxWait_ms max time to wait for true condition. Optional; defaults
 * to 30 * 1000 ms (30 seconds).
 * @param checkPeriod_ms period at which to try the condition. Optional; defaults
 * to 100 ms.
 * @param predicate the condition
 * @param closure closure to run
 * @param argument argument for closure
 * @throws Throwable on {@link AssertionError} or any other exception/error
 */
static public void waitForCondition(Integer maxWait_ms, Integer checkPeriod_ms, 
    Predicate predicate, Closure closure, Object argument) throws Throwable 
{
    if ( maxWait_ms == null )
        maxWait_ms = 30 * 1000;
    if ( checkPeriod_ms == null )
        checkPeriod_ms = 100;
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    while ( !predicate.evaluate(null) ) {
        Thread.sleep(checkPeriod_ms);
        if ( stopWatch.getTime() > maxWait_ms ) {
            closure.execute(argument);
        }
    }
}

/** Calls {@link #waitForVerify(Integer, Object)} with <code>null</code>
 * for {@code maxWait_ms}
 */
static public void waitForVerify(Object easyMockProxy)
    throws Throwable
{
    waitForVerify(null, easyMockProxy);
}

/** Repeatedly calls {@link EasyMock#verify(Object[])} until it succeeds, or a
 * max wait time has elapsed.
 * @param maxWait_ms Max wait time. <code>null</code> defaults to 30s.
 * @param easyMockProxy Proxy to call verify on
 * @throws Throwable
 */
static public void waitForVerify(Integer maxWait_ms, Object easyMockProxy)
    throws Throwable
{
    if ( maxWait_ms == null )
        maxWait_ms = 30 * 1000;
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    for(;;) {
        try
        {
            verify(easyMockProxy);
            break;
        }
        catch (AssertionError e)
        {
            if ( stopWatch.getTime() > maxWait_ms )
                throw e;
            Thread.sleep(100);
        }
    }
}

/** Returns a path to a directory in the temp dir with the name of the given
 * class. This is useful for temporary test files.
 * @param aClass test class for which to create dir
 * @return the path
 */
static public String getTestDirPathForTestClass(Object object) 
{

    String filename = object instanceof Class ? 
        ((Class)object).getName() :
        object.getClass().getName();
    return DRFileUtils.getTempDir() + File.separator + 
        filename;
}

static public byte[] createRandomByteArray(int bytesLength)
{
    byte[] sourceBytes = new byte[bytesLength];
    random.nextBytes(sourceBytes);
    return sourceBytes;
}

/** Returns <code>true</code> if the given object is an EasyMock mock object 
 */
static public boolean isEasyMockMock(Object object) {
    try {
        InvocationHandler invocationHandler = Proxy
                .getInvocationHandler(object);
        return invocationHandler.getClass().getName().contains("easymock");
    } catch (IllegalArgumentException e) {
        return false;
    }
}
}

清单3:

@Test
public void testSomething() {
    final AtomicBoolean called = new AtomicBoolean(false);
    subject.setCallback(new SomeCallback() {
        public void callback(Object arg) {
            // check arg here
            called.set(true);
        }
    });
    subject.run();
    assertTrue(called.get());
}

测试线程代码和非常复杂的系统的另一种方法是通过模糊测试。 它不是很好，也不能找到所有的东西，但它可能是有用的，而且操作简单。

引用:

Fuzz testing or fuzzing is a software testing technique that provides random data("fuzz") to the inputs of a program. If the program fails (for example, by crashing, or by failing built-in code assertions), the defects can be noted. The great advantage of fuzz testing is that the test design is extremely simple, and free of preconceptions about system behavior. ... Fuzz testing is often used in large software development projects that employ black box testing. These projects usually have a budget to develop test tools, and fuzz testing is one of the techniques which offers a high benefit to cost ratio. ... However, fuzz testing is not a substitute for exhaustive testing or formal methods: it can only provide a random sample of the system's behavior, and in many cases passing a fuzz test may only demonstrate that a piece of software handles exceptions without crashing, rather than behaving correctly. Thus, fuzz testing can only be regarded as a bug-finding tool rather than an assurance of quality.

这个问题发布已经有一段时间了，但仍然没有答案…

Kleolb02的答案很好。我会试着讲得更详细一些。

有一种方法，我在c#代码中练习过。对于单元测试，您应该能够编写可重复的测试，这是多线程代码中的最大挑战。因此，我的回答旨在将异步代码强制到同步工作的测试装置中。

这是Gerard Meszaros的书“xUnit测试模式”中的一个想法，被称为“Humble Object”(第695页):必须将核心逻辑代码和任何闻起来像异步代码的东西分开。这将产生一个用于核心逻辑的类，它同步地工作。

这将使您能够以同步方式测试核心逻辑代码。您可以绝对控制对核心逻辑进行调用的时间，因此可以进行可重复的测试。这就是分离核心逻辑和异步逻辑的好处。

这个核心逻辑需要由另一个类来包装，这个类负责异步接收对核心逻辑的调用，并将这些调用委托给核心逻辑。产品代码将只通过该类访问核心逻辑。因为这个类应该只委托调用，所以它是一个没有太多逻辑的非常“愚蠢”的类。因此，您可以将这个异步工作类的单元测试保持在最小值。

在此之上的任何测试(测试类之间的交互)都是组件测试。同样在这种情况下，如果你坚持使用“Humble Object”模式，你应该能够完全控制时间。

上周我花了大部分时间在大学图书馆学习并发代码的调试。核心问题是并发代码是不确定的。通常，学术调试可以分为三个阵营之一:

Event-trace/replay. This requires an event monitor and then reviewing the events that were sent. In a UT framework, this would involve manually sending the events as part of a test, and then doing post-mortem reviews. Scriptable. This is where you interact with the running code with a set of triggers. "On x > foo, baz()". This could be interpreted into a UT framework where you have a run-time system triggering a given test on a certain condition. Interactive. This obviously won't work in an automatic testing situation. ;)

现在，正如上面评论者所注意到的，您可以将并发系统设计成更确定的状态。然而，如果你做得不好，你就又回到了设计顺序系统的问题上。

我的建议是，专注于制定一个非常严格的设计协议，规定什么是线程，什么不是线程。如果你限制了你的接口，使元素之间的依赖最小化，那就容易多了。

祝你好运，继续解决这个问题。

我用与处理任何单元测试相同的方式处理线程组件的单元测试，即使用反转控制和隔离框架。我在. net领域进行开发，开箱即用的线程(以及其他东西)很难(我可以说几乎不可能)完全隔离。

因此，我写的包装器看起来像这样(简化):

public interface IThread
{
    void Start();
    ...
}

public class ThreadWrapper : IThread
{
    private readonly Thread _thread;
     
    public ThreadWrapper(ThreadStart threadStart)
    {
        _thread = new Thread(threadStart);
    }

    public Start()
    {
        _thread.Start();
    }
}
    
public interface IThreadingManager
{
    IThread CreateThread(ThreadStart threadStart);
}

public class ThreadingManager : IThreadingManager
{
    public IThread CreateThread(ThreadStart threadStart)
    {
         return new ThreadWrapper(threadStart)
    }
}

从那里，我可以很容易地将IThreadingManager注入到组件中，并使用所选的隔离框架使线程在测试期间的行为符合我的预期。

到目前为止，这对我来说工作得很好，我对线程池，系统中的东西使用相同的方法。环境，睡眠等等。

有一些很好的工具。下面是一些Java的摘要。

一些好的静态分析工具包括FindBugs(提供了一些有用的提示)、JLint、Java Pathfinder (JPF & JPF2)和Bogor。

multithreaddtc是一个非常好的动态分析工具(集成到JUnit中)，您必须在其中设置自己的测试用例。

IBM研究院的竞赛很有趣。它通过插入各种线程修改行为(例如sleep & yield)来检测你的代码，试图随机发现错误。

SPIN是对Java(和其他)组件建模的一个非常酷的工具，但是您需要一些有用的框架。它很难使用，但如果你知道如何使用它，它是非常强大的。相当多的工具在底层使用SPIN。

multithreaddtc可能是最主流的，但是上面列出的一些静态分析工具绝对值得一看。

等待在帮助您编写确定性单元测试时也很有用。它允许您等待系统中的某个状态更新。例如:

await().untilCall( to(myService).myMethod(), greaterThan(3) );

or

await().atMost(5,SECONDS).until(fieldIn(myObject).ofType(int.class), equalTo(1));

它还支持Scala和Groovy。

await until { something() > 4 } // Scala example

看看我的相关答案在

为自定义Barrier设计一个Test类

它偏向于Java，但对选项进行了合理的总结。

总而言之(我认为)，它不是使用一些花哨的框架来确保正确性，而是如何设计你的多线程代码。拆分关注点(并发性和功能性)有助于提高信心。测试引导的面向对象软件的发展比我能更好地解释一些选项。

静态分析和形式化方法(参见并发性:状态模型和Java程序)是一种选择，但我发现它们在商业开发中用处有限。

不要忘记，任何加载/浸泡风格的测试都很少能保证突出问题。

好运！

(如果可能的话)不要使用线程，使用actor /活动对象。易于测试。

下面的文章提出了两种解决方案。包装一个信号量(CountDownLatch)，并添加诸如从内部线程外部化数据之类的功能。实现此目的的另一种方法是使用线程池(请参阅兴趣点)。

喷头-高级同步对象

您可以使用EasyMock。使测试实例线程安全

我最近发现了一个叫做Threadsafe的工具(用于Java)。它是一个静态分析工具，很像findbugs，但专门用于发现多线程问题。它不是测试的替代品，但我可以推荐它作为编写可靠的多线程Java的一部分。

它甚至可以捕捉到一些非常微妙的潜在问题，比如类包容、通过并发类访问不安全的对象以及在使用双重检查锁定范式时发现丢失的volatile修饰符。

如果您编写多线程Java，请尝试一下。

Testing MT code for correctness is, as already stated, quite a hard problem. In the end it boils down to ensuring that there are no incorrectly synchronised data races in your code. The problem with this is that there are infinitely many possibilities of thread execution (interleavings) over which you do not have much control (be sure to read this article, though). In simple scenarios it might be possible to actually prove correctness by reasoning but this is usually not the case. Especially if you want to avoid/minimize synchronization and not go for the most obvious/easiest synchronization option.

我遵循的一种方法是编写高度并发的测试代码，以使潜在的未检测到的数据竞争有可能发生。然后我运行这些测试一段时间:)我曾经无意中看到一个演讲，一些计算机科学家展示了一个这样做的工具(根据规格随机设计测试，然后疯狂地运行它们，同时检查定义的不变量是否被破坏)。

顺便说一下，我认为测试MT代码的这一方面在这里还没有提到:确定可以随机检查的代码不变量。不幸的是，找到这些不变量也是一个相当困难的问题。此外，它们在执行期间可能不会一直保持，因此您必须找到/强制执行可以期望它们为真的执行点。将代码执行到这样的状态也是一个难题(并且本身可能会引起并发性问题)。呼，这太难了!

一些有趣的链接可供阅读:

确定性交错:允许强制执行某些线程交错，然后检查不变量的框架 jMock Blitzer:压力测试同步 assertConcurrent:压力测试同步的JUnit版本 测试并发代码:简要介绍两种主要方法:蛮力(压力测试)或确定性(使用不变量)

近年来，在为几个项目编写线程处理代码时，我多次遇到过这个问题。我提供了一个迟来的答案，因为大多数其他答案虽然提供了替代方案，但实际上并没有回答关于测试的问题。我的答案是针对多线程代码没有替代方案的情况;为了完整性，我将讨论代码设计问题，但也将讨论单元测试。

编写可测试的多线程代码

首先要做的是将生产线程处理代码与所有执行实际数据处理的代码分开。这样，数据处理就可以作为单线程代码进行测试，多线程代码所做的唯一事情就是协调线程。

The second thing to remember is that bugs in multithreaded code are probabilistic; the bugs that manifest themselves least frequently are the bugs that will sneak through into production, will be difficult to reproduce even in production, and will thus cause the biggest problems. For this reason, the standard coding approach of writing the code quickly and then debugging it until it works is a bad idea for multithreaded code; it will result in code where the easy bugs are fixed and the dangerous bugs are still there.

相反，在编写多线程代码时，必须抱着一种从一开始就避免编写错误的态度来编写代码。如果您已经正确地删除了数据处理代码，线程处理代码应该足够小——最好只有几行，最坏也就几十行——这样您就有机会在不编写错误的情况下编写它，当然也不会编写很多错误，如果您了解线程，请慢慢来，并且小心。

为多线程代码编写单元测试

一旦尽可能仔细地编写了多线程代码，仍然值得为该代码编写测试。测试的主要目的与其说是测试高度依赖于时间的竞争条件错误(不可能重复测试这种竞争条件)，不如说是测试防止这种错误的锁定策略是否允许多个线程按预期进行交互。

To properly test correct locking behavior, a test must start multiple threads. To make the test repeatable, we want the interactions between the threads to happen in a predictable order. We don't want to externally synchronize the threads in the test, because that will mask bugs that could happen in production where the threads are not externally synchronized. That leaves the use of timing delays for thread synchronization, which is the technique that I have used successfully whenever I've had to write tests of multithreaded code.

If the delays are too short, then the test becomes fragile, because minor timing differences - say between different machines on which the tests may be run - may cause the timing to be off and the test to fail. What I've typically done is start with delays that cause test failures, increase the delays so that the test passes reliably on my development machine, and then double the delays beyond that so the test has a good chance of passing on other machines. This does mean that the test will take a macroscopic amount of time, though in my experience, careful test design can limit that time to no more than a dozen seconds. Since you shouldn't have very many places requiring thread coordination code in your application, that should be acceptable for your test suite.

Finally, keep track of the number of bugs caught by your test. If your test has 80% code coverage, it can be expected to catch about 80% of your bugs. If your test is well designed but finds no bugs, there's a reasonable chance that you don't have additional bugs that will only show up in production. If the test catches one or two bugs, you might still get lucky. Beyond that, and you may want to consider a careful review of or even a complete rewrite of your thread handling code, since it is likely that code still contains hidden bugs that will be very difficult to find until the code is in production, and very difficult to fix then.

For J2E code, I've used SilkPerformer, LoadRunner and JMeter for concurrency testing of threads. They all do the same thing. Basically, they give you a relatively simple interface for administrating their version of the proxy server, required, in order to analyze the TCP/IP data stream, and simulate multiple users making simultaneous requests to your app server. The proxy server can give you the ability to do things like analyze the requests made, by presenting the whole page and URL sent to the server, as well as the response from the server, after processing the request.

您可以在不安全的http模式下找到一些错误，在这种模式下，您至少可以分析正在发送的表单数据，并为每个用户系统地更改表单数据。但真正的测试是在https(安全套接字层)中运行。然后，您还必须有系统地修改会话和cookie数据，这可能有点复杂。

在测试并发性时，我发现的最好的错误是，当我发现开发人员在登录时依赖Java垃圾收集来关闭登录时建立的到LDAP服务器的连接请求。这导致用户暴露在其他用户的会话中，当试图分析服务器瘫痪时发生了什么，几乎每隔几秒钟就能完成一次事务时，结果非常令人困惑。

In the end, you or someone will probably have to buckle down and analyze the code for blunders like the one I just mentioned. And an open discussion across departments, like the one that occurred, when we unfolded the problem described above, are most useful. But these tools are the best solution to testing multi-threaded code. JMeter is open source. SilkPerformer and LoadRunner are proprietary. If you really want to know whether your app is thread safe, that's how the big boys do it. I've done this for very large companies professionally, so I'm not guessing. I'm speaking from personal experience.

提醒一句:理解这些工具确实需要一些时间。这不是简单地安装软件并启动GUI的问题，除非您已经接触过多线程编程。我试图确定需要理解的3个关键领域(表单、会话和cookie数据)，希望至少从理解这些主题开始，可以帮助您集中精力快速获得结果，而不必通读整个文档。

如果你正在测试简单的new Thread(runnable).run() 您可以模拟Thread来按顺序运行可运行对象

例如，如果被测试对象的代码像这样调用一个新线程

Class TestedClass {
    public void doAsychOp() {
       new Thread(new myRunnable()).start();
    }
}

然后模拟new Threads并按顺序运行runable参数会有所帮助

@Mock
private Thread threadMock;

@Test
public void myTest() throws Exception {
    PowerMockito.mockStatic(Thread.class);
    //when new thread is created execute runnable immediately 
    PowerMockito.whenNew(Thread.class).withAnyArguments().then(new Answer<Thread>() {
        @Override
        public Thread answer(InvocationOnMock invocation) throws Throwable {
            // immediately run the runnable
            Runnable runnable = invocation.getArgumentAt(0, Runnable.class);
            if(runnable != null) {
                runnable.run();
            }
            return threadMock;//return a mock so Thread.start() will do nothing         
        }
    }); 
    TestedClass testcls = new TestedClass()
    testcls.doAsychOp(); //will invoke myRunnable.run in current thread
    //.... check expected 
}

并发是内存模型、硬件、缓存和代码之间复杂的相互作用。在Java的情况下，至少这样的测试主要由jcstress部分解决。众所周知，该库的创建者是许多JVM、GC和Java并发特性的作者。

但是即使是这个库也需要对Java内存模型规范有很好的了解，这样我们才能确切地知道我们在测试什么。但我认为这项工作的重点是微基准测试。不是庞大的业务应用。

假设在“多线程”代码下是指某些东西

有状态和可变的 由多个线程访问/修改 同时

换句话说，我们讨论的是测试自定义的有状态线程安全类/方法/单元——这应该是当今非常罕见的野兽。

因为这个野兽很罕见，首先我们需要确保有充分的理由来写它。

步骤1。考虑在相同的同步上下文中修改状态。

现在很容易编写可组合的并发和异步代码，其中IO或其他慢操作卸载到后台，但共享状态在一个同步上下文中更新和查询。例如，async/await任务和。net中的Rx等等——它们都是可测试的设计，“真正的”任务和调度程序可以被取代，以使测试具有确定性(但这超出了问题的范围)。

这听起来可能很有限，但这种方法效果惊人。以这种风格编写整个应用程序是可能的，而不需要使任何状态线程安全(我这样做)。

步骤2。如果在单个同步上下文上操作共享状态是绝对不可能的。

确保轮子没有被重新发明/肯定没有标准的替代方案可以适应这项工作。代码应该是非常内聚的，包含在一个单元中，例如，它很有可能是一些标准的线程安全数据结构的特殊情况，如哈希映射或集合或其他。

注意:如果代码很大/跨越多个类并且需要多线程状态操作，那么设计很有可能是不好的，请重新考虑第1步

步骤3。如果达到了这一步，那么我们需要测试我们自己的自定义有状态线程安全类/方法/单元。

我非常诚实:我从来没有为这样的代码编写过合适的测试。大多数情况下，我在第一步就成功了，有时在第二步。上次我不得不编写自定义线程安全代码是在很多年前，那是在我采用单元测试之前/可能我不需要用目前的知识来编写它。

如果我真的必须测试这样的代码(最终，真正的答案)，那么我会尝试下面的一些事情

Non-deterministic stress testing. e.g. run 100 threads simultaneously and check that end result is consistent. This is more typical for higher level / integration testing of multiple users scenarios but also can be used at the unit level. Expose some test 'hooks' where test can inject some code to help make deterministic scenarios where one thread must perform operation before the other. As ugly as it is, I can't think of anything better. Delay-driven testing to make threads run and perform operations in particular order. Strictly speaking such tests are non-deterministic too (there's a chance of system freeze / stop-the-world GC collection which can distort otherwise orchestrated delays), also it is ugly but allows to avoid hooks.

有一篇关于这个主题的文章，在示例代码中使用Rust作为语言:

https://medium.com/@polyglot_factotum/rust-concurrency-five-easy-pieces-871f1c62906a

总而言之，诀窍在于编写并发逻辑，使其对涉及多个执行线程的非确定性具有健壮性，使用通道和condvars等工具。

然后，如果这就是您构建“组件”的方式，那么测试它们的最简单方法是使用通道向它们发送消息，然后阻塞其他通道以断言组件发送某些预期的消息。

链接到的文章完全使用单元测试编写。

它并不完美，但我用c#写了这个帮助程序:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace Proto.Promises.Tests.Threading
{
    public class ThreadHelper
    {
        public static readonly int multiThreadCount = Environment.ProcessorCount * 100;
        private static readonly int[] offsets = new int[] { 0, 10, 100, 1000 };

        private readonly Stack<Task> _executingTasks = new Stack<Task>(multiThreadCount);
        private readonly Barrier _barrier = new Barrier(1);
        private int _currentParticipants = 0;
        private readonly TimeSpan _timeout;

        public ThreadHelper() : this(TimeSpan.FromSeconds(10)) { } // 10 second timeout should be enough for most cases.

        public ThreadHelper(TimeSpan timeout)
        {
            _timeout = timeout;
        }

        /// <summary>
        /// Execute the action multiple times in parallel threads.
        /// </summary>
        public void ExecuteMultiActionParallel(Action action)
        {
            for (int i = 0; i < multiThreadCount; ++i)
            {
                AddParallelAction(action);
            }
            ExecutePendingParallelActions();
        }

        /// <summary>
        /// Execute the action once in a separate thread.
        /// </summary>
        public void ExecuteSingleAction(Action action)
        {
            AddParallelAction(action);
            ExecutePendingParallelActions();
        }

        /// <summary>
        /// Add an action to be run in parallel.
        /// </summary>
        public void AddParallelAction(Action action)
        {
            var taskSource = new TaskCompletionSource<bool>();
            lock (_executingTasks)
            {
                ++_currentParticipants;
                _barrier.AddParticipant();
                _executingTasks.Push(taskSource.Task);
            }
            new Thread(() =>
            {
                try
                {
                    _barrier.SignalAndWait(); // Try to make actions run in lock-step to increase likelihood of breaking race conditions.
                    action.Invoke();
                    taskSource.SetResult(true);
                }
                catch (Exception e)
                {
                    taskSource.SetException(e);
                }
            }).Start();
        }

        /// <summary>
        /// Runs the pending actions in parallel, attempting to run them in lock-step.
        /// </summary>
        public void ExecutePendingParallelActions()
        {
            Task[] tasks;
            lock (_executingTasks)
            {
                _barrier.SignalAndWait();
                _barrier.RemoveParticipants(_currentParticipants);
                _currentParticipants = 0;
                tasks = _executingTasks.ToArray();
                _executingTasks.Clear();
            }
            try
            {
                if (!Task.WaitAll(tasks, _timeout))
                {
                    throw new TimeoutException($"Action(s) timed out after {_timeout}, there may be a deadlock.");
                }
            }
            catch (AggregateException e)
            {
                // Only throw one exception instead of aggregate to try to avoid overloading the test error output.
                throw e.Flatten().InnerException;
            }
        }

        /// <summary>
        /// Run each action in parallel multiple times with differing offsets for each run.
        /// <para/>The number of runs is 4^actions.Length, so be careful if you don't want the test to run too long.
        /// </summary>
        /// <param name="expandToProcessorCount">If true, copies each action on additional threads up to the processor count. This can help test more without increasing the time it takes to complete.
        /// <para/>Example: 2 actions with 6 processors, runs each action 3 times in parallel.</param>
        /// <param name="setup">The action to run before each parallel run.</param>
        /// <param name="teardown">The action to run after each parallel run.</param>
        /// <param name="actions">The actions to run in parallel.</param>
        public void ExecuteParallelActionsWithOffsets(bool expandToProcessorCount, Action setup, Action teardown, params Action[] actions)
        {
            setup += () => { };
            teardown += () => { };
            int actionCount = actions.Length;
            int expandCount = expandToProcessorCount ? Math.Max(Environment.ProcessorCount / actionCount, 1) : 1;
            foreach (var combo in GenerateCombinations(offsets, actionCount))
            {
                setup.Invoke();
                for (int k = 0; k < expandCount; ++k)
                {
                    for (int i = 0; i < actionCount; ++i)
                    {
                        int offset = combo[i];
                        Action action = actions[i];
                        AddParallelAction(() =>
                        {
                            for (int j = offset; j > 0; --j) { } // Just spin in a loop for the offset.
                            action.Invoke();
                        });
                    }
                }
                ExecutePendingParallelActions();
                teardown.Invoke();
            }
        }

        // Input: [1, 2, 3], 3
        // Ouput: [
        //          [1, 1, 1],
        //          [2, 1, 1],
        //          [3, 1, 1],
        //          [1, 2, 1],
        //          [2, 2, 1],
        //          [3, 2, 1],
        //          [1, 3, 1],
        //          [2, 3, 1],
        //          [3, 3, 1],
        //          [1, 1, 2],
        //          [2, 1, 2],
        //          [3, 1, 2],
        //          [1, 2, 2],
        //          [2, 2, 2],
        //          [3, 2, 2],
        //          [1, 3, 2],
        //          [2, 3, 2],
        //          [3, 3, 2],
        //          [1, 1, 3],
        //          [2, 1, 3],
        //          [3, 1, 3],
        //          [1, 2, 3],
        //          [2, 2, 3],
        //          [3, 2, 3],
        //          [1, 3, 3],
        //          [2, 3, 3],
        //          [3, 3, 3]
        //        ]
        private static IEnumerable<int[]> GenerateCombinations(int[] options, int count)
        {
            int[] indexTracker = new int[count];
            int[] combo = new int[count];
            for (int i = 0; i < count; ++i)
            {
                combo[i] = options[0];
            }
            // Same algorithm as picking a combination lock.
            int rollovers = 0;
            while (rollovers < count)
            {
                yield return combo; // No need to duplicate the array since we're just reading it.
                for (int i = 0; i < count; ++i)
                {
                    int index = ++indexTracker[i];
                    if (index == options.Length)
                    {
                        indexTracker[i] = 0;
                        combo[i] = options[0];
                        if (i == rollovers)
                        {
                            ++rollovers;
                        }
                    }
                    else
                    {
                        combo[i] = options[index];
                        break;
                    }
                }
            }
        }
    }
}

使用示例:

[Test]
public void DeferredMayBeBeResolvedAndPromiseAwaitedConcurrently_void0()
{
    Promise.Deferred deferred = default(Promise.Deferred);
    Promise promise = default(Promise);

    int invokedCount = 0;

    var threadHelper = new ThreadHelper();
    threadHelper.ExecuteParallelActionsWithOffsets(false,
        // Setup
        () =>
        {
            invokedCount = 0;
            deferred = Promise.NewDeferred();
            promise = deferred.Promise;
        },
        // Teardown
        () => Assert.AreEqual(1, invokedCount),
        // Parallel Actions
        () => deferred.Resolve(),
        () => promise.Then(() => { Interlocked.Increment(ref invokedCount); }).Forget()
    );
}

一个简单的测试模式可以用于一些(不是所有!)用例，就是多次重复相同的测试。例如，假设你有一个方法:

def process(input):
    # Spawns several threads to do the job
    # ...
    return output

创建一堆测试:

process(input1) -> expect to return output1
process(input2) -> expect to return output2
...

现在将每个测试运行多次。

如果流程的实现包含一个微小的错误(例如死锁、竞态条件等)，出现的概率为0.1%，那么运行1000次测试，则该错误至少出现一次的概率为64%。运行测试10000次，得到>99%的概率。

运行多个线程并不困难;这是小菜一碟。不幸的是，线程通常需要彼此通信;这就是困难所在。

最初发明的允许模块之间通信的机制是函数调用;当模块A想要与模块B通信时，它只调用模块B中的一个函数。不幸的是，这对线程不起作用，因为当你调用一个函数时，该函数仍然运行在当前线程中。

为了克服这个问题，人们决定采用一种更原始的通信机制:只声明一个特定的变量，并让两个线程都可以访问该变量。换句话说，允许线程共享数据。分享数据是人们自然而然想到的第一件事，这似乎是一个不错的选择，因为它看起来非常简单。我是说，能有多难，对吧?会出什么问题呢?

竞态条件。这就是可能、也将会出错的地方。

当人们意识到他们的软件由于竞争条件而遭受随机的、不可复制的灾难性失败时，他们开始发明复杂的机制，如锁和比较-交换，旨在防止此类事情的发生。这些机制属于广义的“同步”范畴。不幸的是，同步有两个问题:

这是很难做到的，所以很容易出现bug。 它是完全不可测试的，因为您无法测试竞态条件。

精明的读者可能会注意到“非常容易出现bug”和“完全不可测试”是一个致命的组合。

现在，在自动化软件测试的概念变得流行之前，我上面提到的机制已经被行业的大部分人发明和采用了;所以，没有人知道这个问题有多致命;他们只是认为这是一个很难的主题，需要高手程序员，每个人都能接受。

如今，无论我们做什么，我们都把测试放在第一位。所以，如果某些机制是不可测试的，那么使用该机制就是不可能的。因此，同步已经失宠;现在还在练的人已经很少了，而且练的人一天比一天少。

没有同步线程就不能共享数据;然而，最初的要求不是共享数据;它允许线程之间进行通信。除了共享数据之外，还存在其他更优雅的线程间通信机制。

其中一种机制是消息传递，也称为事件。

对于消息传递，整个软件系统中只有一个地方利用了同步，那就是我们用来存储消息的并发阻塞队列收集类。(我们的想法是，我们应该至少能把那一小部分做对。)

消息传递的优点是它不受竞态条件的影响，并且是完全可测试的。