1 并发相关的错误

1.1 不必要的阻塞

一个线程阻塞的时候，不能处理任何任务，因为它在等待其他“条件”的达成。通常这些“条件”就是一个互斥量、一个条件变量或一个期望值，也可能是一个I/O操作。这是多线程代码的先天特性，可以细分为：

死锁——死锁的情况下，两个线程会互相等待。当线程产生死锁，应该完成的任务就会持续搁置。举个例子来说，一些线程是负责对用户界面操作的线程，在死锁的情况下，用户界面就会无响应。另一些例子中，界面接口会保持响应，不过有些任务就无法完成，比如：查询无结果返回或文档未打印。
活锁——与死锁的情况类似。不同的地方在于线程不是阻塞等待，而是在循环中持续检查，例如：自旋锁。
- 比较严重的情况下，其表现和死锁一样(应用不会做任何处理，停止响应)，CPU的使用率还居高不下；因为线程还在循环中被检查，而不是阻塞等待。
- 不太严重的情况下，因为使用随机调度，活锁的问题还是可以解决的。
I/O阻塞或外部输入——当线程被外部输入所阻塞，线程也就不能做其他事情了(即使，等待输入的情况永远不会发生)。因此，被外部输入所阻塞，就会让人不太高兴，因为可能有其他线程正在等待这个线程完成某些任务。

条件竞争在多线程代码中很常见——很多条件竞争表现为死锁与活锁。而且，并非所有条件竞争都是恶性的。很多条件竞争是良性的，比如：哪一个线程去处理任务队列中的下一个任务。

条件竞争经常会产生以下几种类型的错误：

数据竞争——因为未同步访问一块共享内存，将会导致代码产生未定义行为。数据竞争通常发生在错误的使用原子操作上，做同步线程的时候，或没使用互斥量保护共享数据的时候。
破坏不变量——不变量被破坏可以看作为“基于数据”的问题。当独立线程需要以一定顺序执行某些操作时，错误的同步会导致条件竞争，比如：顺序被破坏。主要表现为：
- 悬空指针(因为其他线程已经将要访问的数据删除了)
- 随机存储错误(因为局部更新，导致线程读取了不一样的数据)，
- 双重释放(比如：当两个线程对同一个队列同时执行pop操作，想要删除同一个关联数据)，等等。
生命周期问题——虽然这类问题也能归结为破坏了不变量，不过这里将其作为一个单独的类别给出。这里的问题是线程会访问不存在的数据，这可能是因为数据被删除或销毁了，或者转移到其他对象中去了。
- 通常是在一个线程引用了局部变量，在线程还没有完成前，局部变量的“死期”就已经到了，不过这个问题并不止存在这种情况下。
- 当手动调用join()等待线程完成工作，需要保证异常抛出的时候，join()还会等待其他未完成工作的线程。这是线程中基本异常安全的应用。

并发访问时，哪些数据需要保护？
如何确定访问数据受到了保护？
是否会有多个线程同时访问这段代码？
这个线程获取了哪个互斥量？
其他线程可能获取哪些互斥量？
两个线程间的操作是否有依赖关系？如何满足这种关系？
这个线程加载的数据还是合法数据吗？数据是否被其他线程修改过？
当假设其他线程可以对数据进行修改，这将意味着什么？并且，怎么确保这样的事情不会发生？
2.2 可测试性设计
因为与并发相关的bug相当难判断，所以在设计并发代码时需要格外谨慎。设计的时候，每段代码都需要进行测试保证没有问题，这样才能在测试出现问题的时候，剔除并发相关的bug——例如，对队列的push和pop，分别进行并发的测试，就要好于直接使用队列测试其中全部功能。

如果代码满足一下几点，就很容易进行测试：

并发代码测试的一种最好的方式：去并发化测试。如果代码在线程间的通讯路径上出现问，就可以让一个已通讯的单线程进行执行，这样会减小问题的难度。在对数据进行访问的应用进行测试时，可以使用单线程的方式进行。这样线程通讯和对特定数据块进行访问时只有一个线程，就达到了更容易测试的目的。