Писать многопоточные приложения нелегко. Некоторые средства статического анализа кода позволяют помочь разработчикам, давая возможность чётко определить политики поведения потоков и обеспечить автоматическую проверку выполнения этих политик. Благодаря этому появляется возможность отлавливать состояния гонки потоков или их взаимной блокировки. Эта статья описывает инструмент анализа потокобезопасности С++ кода, встроенный в компилятор Clang. Его можно включить с помощью опции командной строки −Wthread−safety. Данный подход широко распространён в компании Google — полученные от его применения преимущества привели к повсеместному добровольному использованию данной технологии различными командами. Вопреки популярному мнению, необходимость в дополнительных аннотациях кода не стала бременем, а наоборот, дала свои плоды выражающиеся в упрощении поддержки и развития кода.
Предисловие
Писать многопоточные приложения нелегко, поскольку разработчикам приходится представлять себе все многочисленные варианты взаимодействия потоков и использования ими ресурсов. Опыт показывает, что программистам не помешал бы для этого некоторый инструментарий. Многие библиотеки и фреймворки налагают на программиста некоторые требования по потокобезопасности при их использовании, однако далеко не всегда эти требования чётко указаны. И даже в тех случаях, когда всё хорошо задокументировано — это всего лишь выраженная в тексте документации просьба, а не строгая автоматическая проверка.
Средства статического анализа кода помогают разработчикам определить политики потокобезопасности и проверять их при сборке проекта. Примером таких политик могут быть утверждения «мьютекс mu всегда должен использоваться при доступе к переменной accountBalance» или «метод draw() должен вызываться только из GUI-потока». Формальное определение политик даёт два основных преимущества:
- Компилятор может показывать предупреждения в случае обнаружения нарушений политик. Нахождение ошибки на этапе компиляции значительно дешевле, чем отладка упавших юнит-тестов или, что ещё хуже, появление «плавающих» багов в продакшн-коде.
- Явно выраженные в коде спецификации потокобезопасности играют роль документации. Подобная документация очень важна для библиотек и SDK, поскольку программистам нужно знать, как их корректно использовать. Данную информацию, конечно, можно поместить в комментарии, однако практика показывает, что подобные комментарии имеют свойство устаревать, поскольку при обновлении кода они не всегда меняются синхронно.
Данная статья рассказывает о применении данного подхода в Clang, хотя изначально он был разработан для GCC, однако версия для GCC более не поддерживается. В Clang данная возможность реализована как предупреждение компилятора. В Google на данный момент вся кодовая база C++ компилируется с включенным по умолчанию анализом потокобезопасности.
Читать полностью »
