并发是如何工作的:一个可视化指南

主要观点:并发编程困难,可视化并发可助理解程序运行,模型检查是强大工具,可用于理解并发,通过探索状态空间可可视化并发程序运行及生成状态空间,状态空间可用于推理并发程序正确性等。
关键信息:

  • 并发编程 mentally 枚举所有可能状态不易,可视化可助理解,尤其对初学者。
  • 用 C 语言样例展示顺序程序状态转换,从初始状态开始,随指令执行状态变化,最终完成执行。
  • 对于并发程序,用两个并发过程 P 和 Q 举例,状态可表示为三元组,通过递增位置计数器进行状态转换,生成状态空间,展示最终 n 值可能为 1 或 2。
  • 用 PROMELA 编写程序并可视化状态空间,增加语句后状态空间大幅扩展,多个并发过程时状态空间更大难以读取,可简化为小模型可视化。
  • 状态空间可用于推理并发和分布式系统正确性,定义不变量或正确性属性,如安全属性(确保无坏事发生)和活性属性(确保某事最终发生),用线性时态逻辑(LTL)表达和验证。
  • 复杂并发或分布式系统中,仅靠单元测试难以保证正确性,并发 bug 难捕捉,模型检查可验证程序正确性。
    重要细节:
  • 用不同图片展示程序状态转换过程及状态空间,如初始状态、各中间状态及最终状态等。
  • 提及不同资源如 https://spinroot.comhttps://github.com/motib/jspin 等用于相关操作和可视化。
  • 举例说明如何用 LTL 表达安全属性并在 SPIN 中验证等。
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