C++中测试无锁队列的正确性和性能

需要结合代码验证、压力测试和性能分析工具。

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一、正确性测试

1. 基础功能验证

• 单线程测试：验证队列在单线程下的入队/出队顺序是否符合FIFO特性。

  LockFreeQueue<int> q;
  q.enqueue(1); q.enqueue(2); q.enqueue(3);
  int val;
  assert(q.dequeue() == 1);
  assert(q.dequeue() == 2);
  assert(q.dequeue() == 3);

• 多线程同步验证：

  • 生产者-消费者模型：启动多个生产者和消费者线程，验证最终所有元素均被正确处理。

  • 边界条件测试：测试队列满/空时的行为（如阻塞或返回错误码）。

2. 线程安全验证

• 数据竞争检测：

  • 使用工具如 ThreadSanitizer (TSan)或 Valgrind --tool=helgrind检测竞态条件。

  • 示例TSan命令：g++ -fsanitize=thread -g your_code.cpp && ./a.out

• ABA问题验证：

  • 构造ABA场景：线程A读取节点X，线程B删除X并插入新节点Y（地址相同但内容不同），验证线程A的CAS操作是否失效。<