Java多線程調(diào)試工具的研究與開發(fā).pdf

1、如今，多核處理器發(fā)展迅猛，促使多線程的應(yīng)用越來越廣泛。多線程程序雖然提高了運行速度和資源利用率，但是程序中極易含有并發(fā)錯誤。現(xiàn)有的針對多線程程序的研究或工具主要集中在并發(fā)錯誤的檢測上。然而，無論是工具檢測出的錯誤還是錯誤報告中用戶提交的錯誤，被發(fā)現(xiàn)后都需要程序員參與調(diào)試。
　　調(diào)試是軟件開發(fā)過程中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。對于單線程程序而言，程序員可以通過設(shè)置斷點或者輸出日志等方式進(jìn)行調(diào)試。而對多線程程序而言，這些方式都不再適用，由

2、于線程的調(diào)度由調(diào)度器決定，存在著調(diào)度的不確定性，故而不同的線程調(diào)度可能產(chǎn)生不同的結(jié)果，這給多線程程序的調(diào)試帶來了很大困難。因此，程序員對于可靠的多線程程序的調(diào)試技術(shù)的需求越來越迫切。為調(diào)試多線程程序，最重要的在于控制程序執(zhí)行時多線程的調(diào)度，即在程序中插入控制代碼。最初，程序員會在源代碼中添加Thread.sleep()，這仍然是目前使用最為廣泛的控制調(diào)度的方式之一。有時候，程序員也會通過在源代碼中添加Object.wait()/noti

3、fy()這樣的代碼以達(dá)到控制線程調(diào)度的目的。然而，這兩種方式都存在弊端，容易造成錯誤的誤報或者漏報。近些年，研究者提出了如ConAn、MultithreadedTC、IMunit等這類測試框架，但它們并不易于程序員使用，并且隨著多線程程序的錯誤越來越復(fù)雜，現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)不能滿足程序員的調(diào)試需求。
　　本研究對實際項目中發(fā)生的多線程錯誤進(jìn)行了分析，總結(jié)出四種程序員可能面臨的多線程程序調(diào)試場景：基于行的一般性線程切換、控制邏輯運算符間

4、的線程切換、控制函數(shù)調(diào)用鏈間的線程切換、以及控制循環(huán)相關(guān)的線程切換。為了幫助程序員對這四類多線程程序進(jìn)行調(diào)試，本文定義了順序點這一概念，以及需要滿足的調(diào)度約束，提出了基于順序點的調(diào)試技術(shù)，并設(shè)計了針對多線程程序調(diào)試場景的領(lǐng)域特定語言。本研究采用了字節(jié)碼層面而非源代碼層面的代碼插樁技術(shù)，從而達(dá)到讓線程按照期望的順序調(diào)度的目的，并且對線程的調(diào)度控制更加靈活和精準(zhǔn)。
　　基于上述方法，本研究最終實現(xiàn)了一個Eclipse上的調(diào)試插件，利用