​​Тулзы для поиска проблем многопоточности
#опытным

Мы уже с вами убедились, что в мире многопоточности куча проблем. И шанс на них наткнуться, мягко говоря, немаленький. А на самом деле почти любой мало-мальски полезный конкурентный код, написаный с нуля, будет содержать как минимум одну такую проблему.

А уж если она есть, то просто так вы от нее не отвяжитесь. Это же многопоточность, тут нет места детерминизму. На одной машине все работает, а на другой - зависает. Поэтому очень важно применять полный спектр инструментов для валидации многопоточного кода, как нам и говорят кор гайдлайны. Перечислим некоторые известные инструменты, которые могут помочь.

✅ Юнит тесты. Код без тестов - деньги на ветер. Это я перефразировал известную поговорку, но она и в данном контексте хорошо отражает суть. Если вы не тестируете код, то проблема может проявиться в самый неподходящий момент и это может стоить вам кучу зеленых фантиков.

Даже в рамках отсутствия детерминизма можно написать хорошие тесты. Используйте слипы, а лучше фьючи-промисы для того, чтобы притормозить или остановить одни потоки и зафиксировать стейт, чтобы изолированно проверять работу отдельных потоков. Придумывайте разные сценарии поведения программы и тестируйте их. Обратите особое внимание на граничные случаи - например остановку работы системы.

✅ Cppcheck. Пользуйтесь инструментами статического анализа, например Cppcheck. Определять проблемы синхронизации по коду программы - занятие конечно увлекательное и вряд ли вы много багов так найдете, но собственно почему бы и нет.

Надо лишь установить сам cppcheck, а запускается он просто:

cppcheck --enable=all --inconclusive thread_app.cpp

✅ Thread San. Без динамического анализа в многопоточке никуда. ThreadSanitizer - это детектор гонок данных для C/C++. Санитайзер определяет гонку ровно как в стандарте: если у вас много потоков получают доступ к ячейке памяти и хотя бы один из них - несинхронизированная запись. И это же и является принципом детектирования гонок.

Работает на GCC и Clang. Достаточно лишь при сборке указать нужные флаги и ждать прилета сообщений о багах:

clang++ -fsanitize=thread -g -O2 -o my_app main.cpp

g++ -fsanitize=thread -g -O2 -o my_app main.cpp

✅ Helgrind. Это одна из тулзов Valgrind'а, работающая конкретно с багами многопоточности. Достаточно при запуске валгринда указать --tool=helgrind и ждите писем счастья. Главное, чтобы ваши примитивы синхронизации использовали под капотом pthread.

Helgrind детектирует такие проблемы, как:
- разблокировка невалидного мьютекса
- разблокировка не заблокированного мьютекса
- разблокировка мьютекса, удерживаемого другим потоком
- уничтожение невалидного или заблокированного мьютекса
- рекурсивная блокировка нерекурсивного мьютекса
- освобождение памяти, содержащей заблокированный мьютекс
и еще кучу всего.

✅ Vtune. Не все проблемы конкурентности связаны с некорректным использованием инструментов. С точки зрения стандартов, программа может корректно работать, но в ней будут лайв локи или голодовки. Тогда нужен хороший профилировщик, способный отследить, например, влияние lock contention на общую производительность, неэффективную синхронизацию или неравномерную нагрузку между потоками.

vtune -collect threading -result-dir my_analysis ./my_application

VTune в принципе очень мощный профилировщик даже не касательно многопоточности. Если есть возможность заморочится с ним, то это стоит сделать.

Test your system. Stay cool.

#concurrency #tools