問題：非確定性使除錯極度困難#

並行程式碼的執行缺乏確定性，導致：

• 無法可靠重現 bug
• 無法透過反覆試驗逐步縮小問題範圍
• 無法驗證 bug 是否真正修復

除了使用 capture and replay 等極端手段外，還有兩種替代策略：隔離（isolation）和移除（removal）。

隔離策略：Humble Object Pattern#

Humble Object 模式將程式碼分成兩部分：

• 非確定性核心：僅包含最小限度的並行程式碼
• 確定性邏輯：其餘所有業務邏輯

好處#

• 確定性部分可以用傳統的、成熟的工具和技術來測試與除錯
• 非確定性核心因為很小，更容易進行形式化或半形式化推理
• 甚至有可能證明非確定性核心沒有問題
• 小核心也更容易用可靠的現成原語（ready-made primitives）重寫
• 兩部分的分離為進一步的架構改善開啟大門

移除策略：消除非確定性的來源#

透過替換非確定性的元件為行為可預測的元件：

設定為單執行緒#

• 將多執行緒元件設定為只使用單一執行緒執行
• Java：建立 ForkJoinPool 並將 parallelism 設為 1
• C/C++：設定 SQLite 的 SQLITE_CONFIG_SINGLETHREAD 選項
• 這讓測試和除錯能知道預期結果，並獲得可重複的除錯會話

單執行緒設定僅用於除錯和測試，不應包含在 production 中。它讓你能排除並行問題，專注於程式的循序邏輯錯誤。

使用 Mock Object 和 Test Double#

• 對於非同步回應的物件，建立一個 mock object 或 test double
• 在內部等待回應完成，對測試程式碼提供同步的介面

fetch_file()
{
  local url="$1"
  local filename="$2"
  wget -q -O $filename $url &
  if [ "$TESTING" ] ; then
    wait    # 測試模式下等待完成，變成同步行為
  fi
}

循序啟動而非並行啟動#

• 不要同時啟動多個執行緒/任務讓它們並行運作
• 在測試配置下，逐一啟動並等待完成

投入心力建立可測試、可除錯的設定是值得的——這能降低未來錯誤的發生率，並讓修正更容易追蹤。

重點回顧#

• 使用 Humble Object Pattern 將非確定性的並行程式碼從業務邏輯中隔離出來，讓兩者分別用最適合的工具除錯
• 透過單執行緒設定、mock object 和循序執行等方式，在除錯和測試時消除非確定性
• 隔離讓非確定性核心更小、更容易推理；移除讓除錯會話變得可重複且可預測