4.06. Отладка и видимость состояния

В РАЗРАБОТКЕНЕ ДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ОБЯЗАТЕЛЬНО

Разработчику Архитектору Инженеру

Отладка и видимость состояния

Значения переменных

Переменная — это именованная область памяти, которая хранит данные определённого типа.

Типы значений переменных:

• примитивные — числа, строки, булевы значения
• ссылочные — объекты, массивы, коллекции
• сложные — структуры, классы, пользовательские типы

Примеры значений в разных языках:

// Примитивные типы
int age = 25;                    // Целое число
double price = 19.99;            // Число с плавающей точкой
bool isActive = true;            // Булево значение
char grade = 'A';                // Символ
string name = "Alice";           // Строка

// Ссылочные типы
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };
Dictionary<string, int> scores = new Dictionary<string, int>
{
    { "Alice", 95 },
    { "Bob", 87 }
};

// Null-значения
string nullable = null;
int? nullableInt = null;

# Динамическая типизация
age = 25                         # int
price = 19.99                    # float
is_active = True                 # bool
name = "Alice"                   # str
grades = ['A', 'B', 'C']         # list
scores = {'Alice': 95, 'Bob': 87}  # dict
nullable = None                  # NoneType

// JavaScript
let age = 25;                    // number
const price = 19.99;             // number
var isActive = true;             // boolean
let name = "Alice";              // string
const numbers = [1, 2, 3];       // array
let scores = { Alice: 95, Bob: 87 };  // object
let nullable = null;             // null
let undefinedVar;                // undefined

---

Как меняются значения переменных

Значения переменных изменяются в результате:

• присваивания новых значений
• вызова методов, изменяющих состояние
• побочных эффектов операций
• работы алгоритмов

Пример изменения значений:

int counter = 0;        // counter = 0
counter = 5;            // counter = 5
counter += 3;           // counter = 8
counter++;              // counter = 9

List<string> items = new List<string>();
items.Add("Apple");     // items = ["Apple"]
items.Add("Banana");    // items = ["Apple", "Banana"]
items.Remove("Apple");  // items = ["Banana"]

counter = 0        # counter = 0
counter = 5        # counter = 5
counter += 3       # counter = 8
counter += 1       # counter = 9

items = []
items.append("Apple")     # items = ["Apple"]
items.append("Banana")    # items = ["Apple", "Banana"]
items.remove("Apple")     # items = ["Banana"]

let counter = 0;        // counter = 0
counter = 5;            // counter = 5
counter += 3;           // counter = 8
counter++;              // counter = 9

let items = [];
items.push("Apple");     // items = ["Apple"]
items.push("Banana");    // items = ["Apple", "Banana"]
items.splice(0, 1);      // items = ["Banana"]

---

Как смотреть значения переменных

Существует несколько способов просмотра значений переменных:

1. Отладочная печать

Console.WriteLine($"counter = {counter}");
Console.WriteLine($"items = {string.Join(", ", items)}");

print(f"counter = {counter}")
print(f"items = {items}")

console.log(`counter = ${counter}`);
console.log(`items = ${items}`);

2. Точки останова (breakpoints)

Установка точек останова в отладчике позволяет приостановить выполнение и осмотреть состояние программы.

3. Watch-выражения

Многие отладчики поддерживают отслеживание значений переменных в реальном времени.

4. Интерактивные сессии

# Python REPL
>>> x = 10
>>> x
10
>>> x + 5
15

// C# Interactive в Visual Studio
> int x = 10;
> x
10
> x + 5
15

---

Логирование — отладочные выводы, трассировка

Трассировка — это запись последовательности выполнения программы для анализа потока управления.

Примеры трассировки:

public void ProcessOrder(Order order)
{
    _logger.LogTrace("Вход в ProcessOrder, OrderId: {OrderId}", order.Id);
    
    try
    {
        _logger.LogDebug("Валидация заказа");
        ValidateOrder(order);
        
        _logger.LogDebug("Сохранение заказа в БД");
        SaveToDatabase(order);
        
        _logger.LogDebug("Отправка уведомления");
        SendNotification(order);
        
        _logger.LogTrace("Выход из ProcessOrder, OrderId: {OrderId}", order.Id);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        _logger.LogError(ex, "Ошибка в ProcessOrder, OrderId: {OrderId}", order.Id);
        throw;
    }
}

def process_order(order):
    logger.debug(f"Вход в process_order, order_id: {order.id}")
    
    try:
        logger.debug("Валидация заказа")
        validate_order(order)
        
        logger.debug("Сохранение заказа в БД")
        save_to_database(order)
        
        logger.debug("Отправка уведомления")
        send_notification(order)
        
        logger.debug(f"Выход из process_order, order_id: {order.id}")
    except Exception as ex:
        logger.error(f"Ошибка в process_order, order_id: {order.id}", exc_info=True)
        raise

Уровни детализации

Используйте разные уровни логирования:

• TRACE для детальной трассировки вызовов
• DEBUG для отладочной информации
• INFO для стандартных операций В продакшене обычно отключают TRACE и DEBUG для повышения производительности.

---

Отладчики — брейкпоинты, watch, call stack inspection

Отладчик — это инструмент, который позволяет пошагово выполнять программу и анализировать её состояние.

Основные функции отладчика:

Функция	Описание	Пример использования
Точка останова	Приостанавливает выполнение в указанной строке	Клик по номеру строки в IDE
Пошаговое выполнение	Выполняет код по одной инструкции	F10 (Step Over), F11 (Step Into)
Watch	Отслеживает значения переменных	Добавление переменной в окно Watch
Call Stack	Показывает цепочку вызовов	Окно Call Stack в отладчике
Условные точки	Остановка при выполнении условия	counter > 100
Точки трассировки	Логирование без остановки	Логирование значения переменной

Пример использования отладчика в разных средах:

Visual Studio (C#):

1. Установить точку останова (F9)
2. Запустить отладку (F5)
3. Использовать:
   - F10: Step Over (перешагнуть)
   - F11: Step Into (войти в метод)
   - Shift+F11: Step Out (выйти из метода)
   - F5: Continue (продолжить)

PyCharm (Python):

1. Установить точку останова (клик слева от номера строки)
2. Запустить отладку (правая кнопка → Debug)
3. Использовать панель отладки для навигации

Chrome DevTools (JavaScript):

1. Открыть Sources панель (F12)
2. Установить точку останова (клик по номеру строки)
3. Использовать кнопки управления выполнением

---

Инспекция состояния в продакшене — телеметрия, метрики, логи

Телеметрия — это сбор данных о работе приложения в реальном времени.

Компоненты телеметрии:

Типы данных телеметрии:

1. Логи — события с временной меткой

{
  "timestamp": "2026-03-05T10:30:00Z",
  "level": "ERROR",
  "service": "order-service",
  "message": "Ошибка обработки заказа",
  "orderId": "ORD-12345",
  "exception": "TimeoutException"
}

2. Метрики — числовые показатели

http_requests_total{method="POST", endpoint="/orders", status="200"} 1234
memory_usage_bytes{service="order-service"} 524288000
cpu_usage_percent{service="order-service"} 45.2

3. Трассировки — цепочки вызовов

TraceId: abc123
├─ Span: ProcessOrder (100ms)
│  ├─ Span: ValidateOrder (10ms)
│  ├─ Span: SaveToDatabase (50ms)
│  └─ Span: SendNotification (40ms)

Пример интеграции телеметрии:

using OpenTelemetry;
using OpenTelemetry.Metrics;
using OpenTelemetry.Trace;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var tracerProvider = Sdk.CreateTracerProviderBuilder()
            .AddSource("MyApp")
            .AddAspNetCoreInstrumentation()
            .AddHttpClientInstrumentation()
            .AddOtlpExporter()
            .Build();
        
        var meterProvider = Sdk.CreateMeterProviderBuilder()
            .AddMeter("MyApp")
            .AddAspNetCoreInstrumentation()
            .AddOtlpExporter()
            .Build();
    }
}

---

«Не отвечает» — что это значит?

Зависание приложения — это состояние, при котором программа перестаёт реагировать на пользовательский ввод или внешние события.

Причины зависаний:

1. Бесконечные циклы

// Бесконечный цикл
while (true)
{
    // Нет условия выхода
}

// Цикл с ошибочным условием
int i = 0;
while (i != 10)
{
    i += 3;  // i никогда не станет равно 10 (0, 3, 6, 9, 12...)
}

# Бесконечная рекурсия
def recurse():
    recurse()  # Нет условия выхода

# Бесконечный цикл
while True:
    pass  # Нет условия выхода

2. Блокировки и взаимоблокировки (deadlock)

public class DeadlockExample
{
    private readonly object _lock1 = new object();
    private readonly object _lock2 = new object();
    
    public void Method1()
    {
        lock (_lock1)
        {
            Thread.Sleep(100);  // Имитация работы
            lock (_lock2)       // Ожидание _lock2
            {
                Console.WriteLine("Method1 completed");
            }
        }
    }
    
    public void Method2()
    {
        lock (_lock2)
        {
            Thread.Sleep(100);  // Имитация работы
            lock (_lock1)       // Ожидание _lock1
            {
                Console.WriteLine("Method2 completed");
            }
        }
    }
    
    // Если вызвать оба метода в разных потоках одновременно,
    // произойдёт взаимоблокировка
}

3. Ожидание внешних ресурсов

public async Task<string> FetchDataAsync()
{
    using var client = new HttpClient();
    // Без таймаута запрос может висеть бесконечно
    var response = await client.GetAsync("https://slow-api.com/data");
    return await response.Content.ReadAsStringAsync();
}

// Правильный вариант с таймаутом
public async Task<string> FetchDataWithTimeoutAsync()
{
    using var client = new HttpClient();
    using var cts = new CancellationTokenSource(TimeSpan.FromSeconds(30));
    
    var response = await client.GetAsync(
        "https://slow-api.com/data", 
        cts.Token
    );
    return await response.Content.ReadAsStringAsync();
}

4. Проблемы с памятью

// Утечка памяти
public class MemoryLeak
{
    private static List<byte[]> _cache = new List<byte[]>();
    
    public void AddToCache()
    {
        // Добавляем данные, но никогда не удаляем
        _cache.Add(new byte[1024 * 1024]);  // 1MB
    }
}

---

Как читать ошибки?

Структура сообщения об ошибке обычно включает:

1. Тип исключения — класс ошибки
2. Сообщение — описание проблемы
3. Стек вызовов — цепочка методов, приведших к ошибке
4. Дополнительные данные — контекст ошибки

Пример чтения ошибки в C#:

System.IO.FileNotFoundException: 
  Could not find file 'C:\config.txt'.
  
  at System.IO.FileStream.ValidateFileHandle(SafeFileHandle fileHandle)
  at System.IO.FileStream.CreateFileOpenHandle(FileMode mode, FileShare share)
  at System.IO.FileStream..ctor(String path, FileMode mode, FileAccess access)
  at Program.ReadFile(String path) in C:\Program.cs:line 15
  at Program.Main(String[] args) in C:\Program.cs:line 8

Анализ:

• Тип: FileNotFoundException — файл не найден
• Сообщение: Could not find file 'C:\config.txt' — какой файл
• Стек вызовов: показывает путь от Main до FileStream
• Место в коде: Program.cs:line 15 — где произошла ошибка

Пример чтения ошибки в Python:

Traceback (most recent call last):
  File "app.py", line 10, in <module>
    result = divide(10, 0)
  File "app.py", line 6, in divide
    return a / b
ZeroDivisionError: division by zero

Анализ:

• Тип: ZeroDivisionError — деление на ноль
• Сообщение: division by zero — описание ошибки
• Стек вызовов: от divide в строке 6 до <module> в строке 10

---