Использование UML для выявления потенциальных условий гонки в дизайне

Question

Я борюсь с потенциальным состоянием гонки в моем приложении, которое полагается на несколько потоков, обращающихся к общему объекту, чтобы определить, какой должна быть их следующая логическая операция.У меня, конечно, нет проблем, просто нацарапать что-то на листе бумаги или на доске, и использовать это, чтобы наметить доступ к этому общему объекту.Однако было бы неплохо сделать это с помощью диаграмм UML.Обычно я использую UML, однако это имеет смысл для меня визуально, а не всегда «путь UML».Я в основном использую только простые диаграммы, такие как диаграммы состояния, класса, активности и коммуникации.Я не уверен, какой из других доступных лучше всего подходит для отображения нескольких потоков + общей памяти.Кто-нибудь может предложить свои предложения и / или опыт моделирования такого рода вещей?

Answer 1

Я визуализирую порядок команд, используя временные шкалы.Давайте рассмотрим следующий код.

x++;
y++;

Итак, наши инструкции разбиты следующим образом.

Read(x) --> Increment(x) --> Write(x) --> Read(y) --> Increment(y) --> Write(y)

Для краткости давайте сократим это до следующего.

R(x) --> I(x) --> W(x) --> R(y) --> I(y) --> W(y)

Поэтому, если у нас есть 2 потока, выполняющих эти инструкции, тогда мы можем нарисовать 2 временные шкалы, например, так:

T1: R(x) --> I(x) --> W(x) --> R(y) --> I(y) --> W(y)
T2: R(x) --> I(x) --> W(x) --> R(y) --> I(y) --> W(y)

Теперь вот гигантский скачок.Когда вы рисуете возможные сроки, делайте это с точки зрения другого потока.Это важно, поскольку инструкции могут быть переупорядочены с точки зрения другого потока (с ограничениями ¹ ).Таким образом, следующая диаграмма является полностью допустимой последовательностью выполнения для T1 , как видно из другого потока .

T1: R(y) --> R(x) --> I(x) --> I(y) --> W(y) --> W(x)

Теперь давайте добавим символы [ и ] для представления блокировкиприобрести и заблокировать разблокировку соответственно.[ не может пройти мимо другого [ и не может двигаться до ].Аналогичные ограничения на изменение порядка применяются для символа ].Также важно, что ни одна инструкция не может пройти мимо [ или ], но они все еще могут свободно перемещаться внутри секции блокировки.Конечным результатом является то, что блокировки сериализуют выполнение инструкций (вы уже это знаете), и они в некоторой степени предотвращают переупорядочение (которое вы, возможно, не знали).--> (интервал между инструкциями) может быть произвольно удлинен или укорочен для имитации чередования нитей.Длина задержек инструкций будет сильно зависеть от планировщика потоков, используемых механизмов синхронизации и т. Д. И обычно будет очень случайной.

Поэкспериментируйте со смещением инструкций влево и вправо по временной шкале, чтобы помочь вампредставьте, что может произойти.Создайте свои собственные символы и сокращения для замков, инструкций и задержек, чтобы помочь с визуализацией и дать подсказки о том, как далеко вы можете перемещать каждый элемент влево или вправо.

¹ В действительности никакое чтение одной и той же переменной не может пройти мимо записи.Это должно быть интуитивно понятно, но не повредит формализовать это ограничение.