如何测试阻塞队列实际阻塞

Question

我有一个阻塞队列(我真的很难改变它的实现)，我想测试它是否真的阻塞了。特别是，如果队列为空，则pop方法必须阻塞，并在执行push时立即解除阻塞。请参阅下面的伪C++11代码进行测试：

BlockingQueue queue; // empty queue

thread pushThread([] 
{ 
    sleep(large_delay);
    queue.push(); 
});

queue.pop();

显然它并不完美，因为即使延迟很大，整个线程pushThread也可能在pop被调用之前执行并终止，而且延迟越大，我必须等待测试结束的时间就越长。

如何正确地确保在调用push之前执行pop，即在push返回之前阻塞？

Answer 1

如果不向BlockingQueue添加一些额外的状态和接口，我认为这是不可能的。

证据是这样的。您希望等到pop上的读取线程被阻塞。但是没有办法将其与将要执行pop的线程区分开来。无论您在调用pop之前或之后放置什么内容，这一点都是正确的。

如果你真的想以100%的可靠性修复这个问题，你需要在队列中添加一些状态，由队列的互斥锁来保护，这意味着“有人在等待”。然后，pop调用必须在原子释放互斥锁之前更新状态，并在内部条件变量上休眠。push线程可以获取互斥锁并等待，直到“有人在等待”。为了避免这里出现繁忙循环，您需要再次使用条件变量。

所有这些机器几乎和队列本身一样复杂，所以也许你也想测试一下……在这类多线程代码中，“代码覆盖率”--甚至可以说是单元测试本身--这样的概念有点崩溃了。有太多可能的操作交错。

在实践中，我可能会采用你最初的睡眠方法。

Answer 2

template<class T>
struct async_queue {
  T pop() {
    auto l = lock();
    ++wait_count;
    cv.wait( l, [&]{ return !data.empty(); } );
    --wait_count;
    auto r = std::move(data.front());
    data.pop_front();
    return r;
  }
  void push(T in) {
    {
      auto l = lock();
      data.push_back( std::move(in) );
    }
    cv.notify_one();
  }
  void push_many(std::initializer_list<T> in) {
    {
      auto l = lock();
      for (auto&& x: in) 
        data.push_back( x );
    }
    cv.notify_all();
  }
  std::size_t readers_waiting() {
    return wait_count;
  }
  std::size_t data_waiting() const {
    auto l = lock();
    return data.size();
  }
private:
  std::queue<T> data;
  std::condition_variable cv;
  mutable std::mutex m;
  std::atomic<std::size_t> wait_count{0};
  auto lock() const { return std::unique_lock<std::mutex>(m); }

};

或者诸如此类的。

在推送线程中，忙等待readers_waiting，直到它超过1。

在这一点上，您拥有锁，并且在解锁之前处于cv.wait中。做一个push。

从理论上讲，无限慢的读取器线程可能已经进入cv.wait，并且在调用push时仍在计算第一个lambda，但无限慢的读取器线程与阻塞的读取器线程没有什么不同……

然而，这确实会处理线程启动缓慢等问题。

除了调试之外，使用readers_waiting和data_waiting做任何事情通常都是一种代码气味。

Answer 3

您可以使用std::condition_variable来完成此任务。cppreference.com的帮助页面实际上显示了一个非常好的消费者-生产者示例，它应该正是您正在寻找的：http://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable

编辑:实际上，德语版本的cppreference.com有一个更好的例子:-) http://de.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable