測試並行程序與以往有什麼不同 ?
隨著多核的普及，並行程序的開發已經提上日 程。相對串行程序而言，並行程序更有可能出錯。一方面，並行程序的執行序列具有很強的 隨機性，線程交錯執行的序列可能每次都不一樣，而只要一個序列有問題，整個程序就是不 正確的。另一方面，並行程序對大多數程序員來說，都是一個新的領域，經驗相對較少，這 是容易出錯的另外一個因素。
既然如此，我們就更需要仔細的測試我們的並行程序和 組件了。目前已經有一些 JUnit 擴展可以創建多個線程，同時運行多個測試用例，從而加快 測試用例集的執行速度，如 p-unit 。但對於測試並行程序和組件，這些功能並不能滿足所 有的需求。因為開發人員通常希望可以精確地控制多個線程之間的同步。
與測試順序 程序相同，我們希望能在測試並行操作之前，首先准備一些測試數據。然後，啟動多個線程 測試執行不同的操作。最後，等待所有線程結束之後，檢驗結果的正確性。在第二階段中， 多個線程能以任意的次序交錯執行。結果的正確性檢查應與線程的執行測序無關。
標 准 JUnit 只捕捉來自主線程的 Exception 。而其他線程中產生的 Exception 則會安靜地被 忽略掉，使得我們在子線程運行出錯的情況下仍舊能得到“ Green Bar ”。這顯 然不是程序員喜歡的測試行為，我們希望測試結果能正確地反映所有線程的運行結果。
這種用於並行程序的測試模式會在測試並行程序時會不斷的重復。如果開發人員每次 都需要重復創建這些框架，不僅繁瑣，而且容易引入錯誤。通過使用以下介紹的簡單擴展， 可以使並行程序的測試變得和順序程序一樣簡單。這種擴展並不影響 JUnit 的其他特性以及 各種 IDE 的 JUnit 插件的使用。
下載並使用擴展框架
首先，我們給出一個 使用新擴展進行並行測試的例子。
例 1. 使用 JUnit 擴展進行並行測試
/**
* @author Zhi Gan
*
*/
@RunWith (Parallelized.class)
@ParallelSetting(threadNumber = { 1, 2, 4, 8 })
public class TestThreaded {
Set<String> strSet;
@Before
public void setUp() {
strSet = new LockFreeSet();
}
@Test
public void doNothing() {
}
@InitFor("testThread")
public void putSomeData(int size){
strSet.add("putSomeData");
}
@Threadedpublic void testThread(int rank, int size) {
// every thread adds element to set
strSet.add("abcde" + rank);
}
@CheckFor("testThread")
public void checkResult(int size) {
assertEquals(size+1, strSet.size());
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++)
JUnitCore.runClasses(TestThreaded.class);
}
}
如果我們在 Eclipse 中運行測試，那麼測試完畢之後的 JUnit 視圖如下 所示：
圖 1. 並行測試的完成結果
接下來， 我們模擬子線程在運行時拋出異常。
例 2. 子線程運行時異常
/**
* @author Zhi Gan
*
*/
@RunWith(Parallelized.class)
@ParallelSetting(threadNumber = { 1, 2, 4, 8 })
public class TestThreaded {
Set<String> strSet;
@Before
public void setUp() {
strSet = new LockFreeSet();
}
@Test
public void doNothing() {
}
@InitFor("testThread")
public void putSomeData(int size){
strSet.add("putSomeData");
}
@Threadedpublic void testThread(int rank, int size) {
// throw a runtime error in spawned thread
throw new RuntimeError();
}
@CheckFor("testThread")
public void checkResult(int size) {
assertEquals(size+1, strSet.size());
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++)
JUnitCore.runClasses(TestThreaded.class);
}
}
如果 我們在 Eclipse 中運行測試，那麼測試完畢之後的 JUnit 視圖如下所示：
圖 2. 並 行測試的完成結果
從上圖可 以看出，我們的並行測試用例通過了測試，並且它們在使用不同線程運行時都能正常的工作 。而串行的測試方法 (doNothing) 的執行結果則完全和之前一樣工作正常。也就是說，串行 和並行測試可以在一個測試類中同時出現。
Annotation 詳細說明
表 1. 擴展 的 annotation 說明
名稱 參數 使用對象 備注 ParallelSetting threadNum: 用於指定線程數 目。通常我們希望能使用一個數組指定多個值，這樣，我們可以了解程序是否在單線程，較 少線程，以及大量線程的情況下是否工作正常。 用於整個 TestCase 來指定測試所 用的並行設置 用於指定整個 TestCase 的並行設置 InitFor 指定此方法服務的測試方法 用於指定初始化 方法所服務的並行測試方法 Threaded 無參數，或 定義與 @Test 兼容的參數 用於一個具有兩個 int 類型的測試方法。測試過程中， 測試框架將會線程序號以及線程總數通過方法的參數傳遞進來。這有點類似於 MPI 的約定。 指明一個方法為並行測試方法，相當於 JUnit 原有的 @Test 注釋 CheckFor 一個字符串參數，用於指定需要被驗證的並行測試方 法。 一個 Threaded 修飾的方法 指明一個方法用於檢測並行執行的結果 . 我們不能在 Threaded 方法中直接檢查，因為其他線程的測試也許還沒有結束。
擴展 JUnit 的過程說明
歸功於 JUnit 的靈活的內部架 構，只要遵循 JUnit 的標准，我們就能夠輕松的擴展 JUnit 的功能。而且遵循標准還意味 著我們的擴展能無縫的利用社區對 JUnit 的廣泛支持。例如，我們沒有編寫任何 Eclipse 插件，但是我們的測試結果能自然的在 Eclipse 中通過精心設計的 GUI 進行展現。
言歸正傳，我們擴展 JUnit 的過程主要由以下過程組成：
生成 Annotation 的定義 ，包括：@Threaded, @InitFor, @Check, @ParallelSetting
生成 TestClassRunner 的子類 Parallelized 並在其中實現運行自定義測試的邏輯
生成 TestMethodRunner 的子類供 Parallelized 類使用
在實現 ThreadedMethodRunner 時，我們最開始在類 ThreadedMethodRunner 使用了 Thread 類的 setDefaultUncaughtExceptionHandler 來捕獲 異常。然後將異常封裝到主線程。而目前的版本則利用了 Executor 來運行多線程測試。由 於 JDK 中的 Future 已經提供了類似的能力，所以我們不需要再關心異常的正確傳遞問題了 。 JUnit 能准確的打印出並行測試中產生的異常信息，這也意味著我們可以使用 JUnit 提 供的 Assert 功能了。
結論
隨著多核平台逐漸成為主流，開發人員不可避免 地需要開發和測試並行應用。本文通過使用 Annotation 擴展 JUnit，使其可以更方便地支 持“准備數據——多線程運行——檢查結果”三階段的並 行測試模式，減少開發人員手工創建線程和同步的繁瑣工作。並且可以使 JUnit 支持從子線 程中捕獲測試錯誤，正確地在 Eclipse 等 IDE 中顯示測試結果。
