什么是竞态条件?

在编写多线程应用程序时，遇到的最常见的问题之一是竞争条件。

我对社区的问题是:

竞态条件是什么? 你如何发现它们? 你是如何处理的? 最后，你如何防止它们的发生?

当前回答

当两个或多个线程可以访问共享数据，并且它们试图同时更改数据时，就会发生竞态条件。因为线程调度算法可以在任何时候在线程之间交换，所以您不知道线程将尝试访问共享数据的顺序。因此，数据更改的结果依赖于线程调度算法，即两个线程都在“竞相”访问/更改数据。

当一个线程执行“检查-然后-行动”时，问题经常发生。“check”如果值是X，那么“act”做一些取决于值是X的事情)，另一个线程在“check”和“act”之间对值做一些事情。例句:

if (x == 5) // The "Check"
{
   y = x * 2; // The "Act"

   // If another thread changed x in between "if (x == 5)" and "y = x * 2" above,
   // y will not be equal to 10.
}

这一点是，y可以是10，也可以是任何值，这取决于在检查和执行之间是否有另一个线程改变了x。你根本不知道。

为了防止竞争条件的发生，您通常会在共享数据周围放置一个锁，以确保一次只有一个线程可以访问数据。这意味着:

// Obtain lock for x
if (x == 5)
{
   y = x * 2; // Now, nothing can change x until the lock is released. 
              // Therefore y = 10
}
// release lock for x

2008-08-29 16:05:23

其他回答

当访问共享资源的多线程(或其他并行)代码可能以导致意外结果的方式访问共享资源时，就存在“竞争条件”。

举个例子:

for ( int i = 0; i < 10000000; i++ )
{
   x = x + 1; 
}

如果你有5个线程同时执行这段代码，x的值最终不会是50,000,000。事实上，它会随着每一次运行而变化。

这是因为，为了让每个线程增加x的值，它们必须做以下事情:(显然是简化的)

Retrieve the value of x
Add 1 to this value
Store this value to x

任何线程都可以在任何时间处于此进程的任何步骤，并且当涉及共享资源时，它们可以相互踩。在读取x和写回x之间的时间内，x的状态可以由另一个线程改变。

假设一个线程获取了x的值，但还没有存储它。另一个线程也可以检索相同的x值(因为还没有线程更改它)，然后它们都将在x中存储相同的值(x+1) !

例子:

Thread 1: reads x, value is 7
Thread 1: add 1 to x, value is now 8
Thread 2: reads x, value is 7
Thread 1: stores 8 in x
Thread 2: adds 1 to x, value is now 8
Thread 2: stores 8 in x

竞争条件可以通过在代码访问共享资源之前使用某种锁定机制来避免:

for ( int i = 0; i < 10000000; i++ )
{
   //lock x
   x = x + 1; 
   //unlock x
}

这里，答案每次都是50,000,000。

有关锁的更多信息，请搜索:互斥量，信号量，临界区，共享资源。

2008-08-29 17:01:56

Race conditions occur in multi-threaded applications or multi-process systems. A race condition, at its most basic, is anything that makes the assumption that two things not in the same thread or process will happen in a particular order, without taking steps to ensure that they do. This happens commonly when two threads are passing messages by setting and checking member variables of a class both can access. There's almost always a race condition when one thread calls sleep to give another thread time to finish a task (unless that sleep is in a loop, with some checking mechanism).

防止竞争条件的工具依赖于语言和操作系统，但一些常见的工具是互斥锁、临界区和信号。互斥锁在你想确保你是唯一一个在做某事的时候很有用。当你想确保别人已经完成某件事时，信号是很好的。最小化共享资源还有助于防止意外行为

Detecting race conditions can be difficult, but there are a couple signs. Code which relies heavily on sleeps is prone to race conditions, so first check for calls to sleep in the affected code. Adding particularly long sleeps can also be used for debugging to try and force a particular order of events. This can be useful for reproducing the behavior, seeing if you can make it disappear by changing the timing of things, and for testing solutions put in place. The sleeps should be removed after debugging.