Как работает красно-желто-зеленый светофор в многопоточности?

Что проверяют

Это задача на синхронизацию потоков под видом бытовой модели: светофор меняет состояние, а потоки должны реагировать на него без гонок и зависаний. От QA-инженера ждут двух вещей: объяснить механизм и рассказать, как такой код тестировать. Следом обычно спрашивают: «как вы поймаете гонку, которая воспроизводится раз в сто запусков?»

Как отвечать

Задачу дают в двух вариантах. В первом один поток переключает цвета по кругу, а потоки-машины ждут зелёного. Во втором три потока печатают «красный», «жёлтый», «зелёный» строго по очереди. Решаются они одними инструментами, пример на Java:

• общее состояние: цвет хранится в enum, а не в строке, и читается и меняется под одной блокировкой, иначе поток увидит устаревшее значение;
• ожидание события: ReentrantLock с Condition или synchronized с wait()/notifyAll(). Ждут в цикле while (color != GREEN) cond.await();, потому что пробуждение бывает ложным;
• очерёдность: для трёх потоков удобны три Semaphore: поток забирает своё разрешение, печатает цвет и выдаёт разрешение следующему;
• одновременный старт: CountDownLatch или CyclicBarrier, чтобы потоки начали работу в один момент.

Затем про тестирование. Многопоточный код одним прогоном не проверяется: тест повторяют сотни раз (@RepeatedTest в JUnit 5), ставят таймауты через @Timeout, а вместо Thread.sleep ждут условия через Awaitility. Для точечной проверки гонок в Java есть jcstress. При зависании снимают дамп потоков через jstack и смотрят, кто какую блокировку держит.

Где спотыкаются

Защищают блокировкой смену цвета, но читают его без неё. Тогда поток может вообще не увидеть изменение: без volatile или блокировки видимость между потоками не гарантирована.

Пишут if вместо while при ожидании условия и notify() вместо notifyAll(). Первое ломается на ложном пробуждении, второе будит не тот поток, и остальные ждут вечно.

Делают вывод «гонок нет» по одному зелёному прогону. Флаки в многопоточном тесте чаще сигнал о баге в коде, чем о плохом окружении, и списывать его на инфраструктуру не стоит.