必须手动中断的单元测试异步计算

Question

我有一个异步记录眼动数据的类。有方法可以start 和stop 记录过程。数据收集在一个集合中，并且只有在记录线程完成其工作时才能访问该集合。它基本上封装了所有线程和同步，因此我的库的用户不必这样做。

大大缩短的代码（省略了泛型和错误处理）：

public class Recorder {
  private Collection accumulatorCollection;
  private Thread recordingThread;

  private class RecordingRunnable implements Runnable {
    ...

    public void run() {
      while(!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        // fetch data and collect it in the accumulator
        synchronized(acc) { acc.add(Eyetracker.getData()) }
      }
    }
  }

  public void start() {
    accumulatorCollection = new Collection();
    recordingThread = new Thread(new RecordingRunnable(accumulatorCollection));
    recordingThread.start();
  }

  public void stop() {
    recordingThread.interrupt();
  }

  public void getData() {
    try {
      recordingThread.join(2000);
      if(recordingThread.isAlive()) { throw Exception(); }
    }
    catch(InterruptedException e) { ... }

    synchronized(accumulatorCollection) { return accumulatorCollection; }
  }
}

用法很简单：

recorder.start();
...
recorder.stop();
Collection data = recorder.getData();

我对整个事情的问题是如何测试它。目前我正在这样做：

recorder.start();
Thread.sleep(50);
recorder.stop();
Collection data = recorder.getData();
assert(stuff);

这可行，但它是不确定的，并且会大大降低测试套件的速度（我将这些测试标记为集成测试，因此它们必须单独运行以规避此问题）。

有没有更好的办法？

Answer 1

使用CountDownLatch 有更好的方法。

测试的非确定性部分源于您未考虑到的两个时间变量：

• 创建和启动线程需要时间，并且当Thread.start() 返回时线程可能尚未开始执行可运行对象（可运行对象将被执行，但可能会稍晚一些）。
• 停止/中断会中断 Runnable 中的 while 循环，但不会立即中断，可能会稍晚一些。

这就是CountDownLatch 的用武之地：它为您提供有关另一个线程正在执行的位置的精确信息。例如。让第一个线程等待闩锁，而第二个“倒计时”闩锁作为可运行对象中的最后一条语句，现在第一个线程知道可运行对象已完成。 CountDownLatch 还充当同步器：无论第二个线程写入内存，现在都可以被第一个线程读取。

除了使用中断，您还可以使用volatile 布尔值。任何读取volatile 变量的线程都可以保证看到任何其他线程设置的最后一个值。

CountDownLatch 也可以设置一个超时，这对于可能挂起的测试很有用：如果您必须等待很长时间，您可以中止整个测试（例如关闭执行程序、中断线程）并抛出一个 AssertionError。在下面的代码中，我重新使用超时来等待收集一定数量的数据，而不是“休眠”。

作为一种优化，使用 Executor (ThreadPool) 而不是创建和启动线程。后者相对昂贵，使用 Executor 确实可以有所作为。

在更新后的代码下方，我将其作为应用程序运行（main 方法）。 （编辑 28/02/17：在 while-loop 中检查 maxCollect > 0）

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

public class Recorder {

    private final ExecutorService executor;
    private Thread recordingThread;
    private volatile boolean stopRecording;
    private CountDownLatch finishedRecording;
    private Collection<Object> eyeData;
    private int maxCollect;
    private final AtomicBoolean started = new AtomicBoolean();
    private final AtomicBoolean stopped = new AtomicBoolean();

    public Recorder() {
        this(null);
    }

    public Recorder(ExecutorService executor) {
        this.executor = executor;
    }

    public Recorder maxCollect(int max) { maxCollect = max; return this; }

    private class RecordingRunnable implements Runnable {

        @Override public void run() {

            try {
                int collected = 0;
                while (!stopRecording) {
                    eyeData.add(EyeTracker.getData());
                    if (maxCollect > 0 && ++collected >= maxCollect) {
                        stopRecording = true;
                    }
                }
            } finally {
                finishedRecording.countDown();
            }
        }
    }

    public Recorder start() {

        if (!started.compareAndSet(false, true)) {
            throw new IllegalStateException("already started");
        }
        stopRecording = false;
        finishedRecording = new CountDownLatch(1);
        eyeData = new ArrayList<Object>();
        // the RecordingRunnable created below will see the values assigned above ('happens before relationship')
        if (executor == null) {
            recordingThread = new Thread(new RecordingRunnable());
            recordingThread.start();
        } else {
            executor.execute(new RecordingRunnable());
        }
        return this;
    }

    public Collection<Object> getData(long timeout, TimeUnit tunit) {

        if (started.get() == false) {
            throw new IllegalStateException("start first");
        }
        if (!stopped.compareAndSet(false, true)) {
            throw new IllegalStateException("data already fetched");
        }
        if (maxCollect <= 0) {
            stopRecording = true;
        }
        boolean recordingStopped = false;
        try {
            // this establishes a 'happens before relationship'
            // all updates to eyeData are now visible in this thread.
            recordingStopped = finishedRecording.await(timeout, tunit);
        } catch(InterruptedException e) { 
            throw new RuntimeException("interrupted", e);
        } finally {
            stopRecording = true;
        }
        // if recording did not stop, do not return the eyeData (could stil be modified by recording-runnable).
        if (!recordingStopped) {
            throw new RuntimeException("recording");
        }
        // only when everything is OK this recorder instance can be re-used
        started.set(false);
        stopped.set(false);
        return eyeData;
    }

    public static class EyeTracker {

        public static Object getData() {
            try { Thread.sleep(1); } catch (Exception ignored) {}
            return new Object();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("Starting.");
        ExecutorService exe = Executors.newSingleThreadExecutor();
        try { 
            Recorder r = new Recorder(exe).maxCollect(50).start();
            int dsize = r.getData(2000, TimeUnit.MILLISECONDS).size();
            System.out.println("Collected "  + dsize);
            r.maxCollect(100).start();
            dsize = r.getData(2000, TimeUnit.MILLISECONDS).size();
            System.out.println("Collected "  + dsize);
            r.maxCollect(0).start();
            Thread.sleep(100);
            dsize = r.getData(2000, TimeUnit.MILLISECONDS).size();
            System.out.println("Collected "  + dsize);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            exe.shutdownNow();
            System.out.println("Done.");
        }
    }
}

编码愉快:)