什么是竞态条件?

You are planning to go to a movie at 5 pm. You inquire about the availability of the tickets at 4 pm. The representative says that they are available. You relax and reach the ticket window 5 minutes before the show. I'm sure you can guess what happens: it's a full house. The problem here was in the duration between the check and the action. You inquired at 4 and acted at 5. In the meantime, someone else grabbed the tickets. That's a race condition - specifically a "check-then-act" scenario of race conditions.

你如何发现它们?

宗教代码审查多线程单元测试没有捷径。在此基础上出现了一些Eclipse插件，但还没有稳定的插件。

你如何处理和预防它们?

最好的方法是创建无副作用和无状态的函数，尽可能使用不可变函数。但这并不总是可能的。使用java。util。concurrent。原子的、并发的数据结构、适当的同步和基于参与者的并发将有所帮助。

并发性的最佳资源是JCIP。你也可以在这里得到更多关于上述解释的细节。

这个讨论中的许多答案解释了什么是竞态条件。我试图解释为什么这个术语在软件行业被称为竞争条件。

为什么叫竞态条件?

竞态条件不仅与软件有关，也与硬件有关。实际上，这个术语最初是由硬件行业创造的。

根据维基百科:

这个术语起源于两个信号相互竞争的想法 首先影响输出。 逻辑电路中的竞态:

软件行业没有对这个术语进行修改，这使得它有点难以理解。

你需要做一些替换来把它映射到软件世界:

"两个信号" ==> "两个线程"/"两个进程" "影响输出" ==> "影响一些共享状态"

因此，软件行业中的竞争条件是指“两个线程”/“两个进程”相互竞争以“影响某种共享状态”，而共享状态的最终结果将取决于一些微妙的时间差，而时间差可能是由某些特定的线程/进程启动顺序、线程/进程调度等引起的。

下面是一个经典的银行账户余额示例，它将帮助新手轻松理解Java中的线程w.r.t.竞争条件:

public class BankAccount {

/**
 * @param args
 */
int accountNumber;
double accountBalance;

public synchronized boolean Deposit(double amount){
    double newAccountBalance=0;
    if(amount<=0){
        return false;
    }
    else {
        newAccountBalance = accountBalance+amount;
        accountBalance=newAccountBalance;
        return true;
    }

}
public synchronized boolean Withdraw(double amount){
    double newAccountBalance=0;
    if(amount>accountBalance){
        return false;
    }
    else{
        newAccountBalance = accountBalance-amount;
        accountBalance=newAccountBalance;
        return true;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    // TODO Auto-generated method stub
    BankAccount b = new BankAccount();
    b.accountBalance=2000;
    System.out.println(b.Withdraw(3000));

}

竞态条件是一种bug，只会在特定的时间条件下发生。

例子: 假设您有两个线程，A和B。

在线程A中:

if( object.a != 0 )
    object.avg = total / object.a

线程B:

object.a = 0

如果线程A在检查完对象后被抢占。a不为空，B将执行a = 0，当线程a将获得处理器时，它将执行“除零”。

这个错误只发生在if语句之后的线程A被抢占时，这是非常罕见的，但它是有可能发生的。

在竞争条件和数据竞争之间有一个重要的技术差异。大多数答案似乎假设这些术语是等价的，但事实并非如此。

当两条指令访问相同的内存位置时，就会发生数据竞争，其中至少有一个是写，并且在这些访问之间没有发生排序之前。现在，什么构成happens before顺序还存在很多争论，但一般来说，同一个锁变量上的ulock-lock对和同一个条件变量上的wait-signal对诱导的是happens before顺序。

竞态条件是语义错误。它是发生在事件的时间或顺序上的缺陷，会导致错误的程序行为。

许多竞态条件可能(事实上也是)是由数据竞态引起的，但这是不必要的。事实上，数据竞争和竞争条件既不是彼此的必要条件，也不是彼此的充分条件。这篇博客文章也用一个简单的银行交易例子很好地解释了两者的区别。下面是另一个简单的例子来解释这种区别。

既然我们已经确定了术语，让我们试着回答最初的问题。

由于竞争条件是语义错误，因此没有检测它们的通用方法。这是因为在一般情况下，不可能有一个自动的oracle来区分正确和不正确的程序行为。种族检测是一个无法确定的问题。

另一方面，数据竞争有一个精确的定义，它不一定与正确性有关，因此可以检测到它们。数据竞争检测器有很多种(静态/动态数据竞争检测、基于锁集的数据竞争检测、基于先于事件发生的数据竞争检测、混合数据竞争检测)。最先进的动态数据竞争检测器是ThreadSanitizer，它在实践中工作得非常好。

处理数据竞争通常需要一些编程规程来在访问共享数据之间的边之前诱导happens(在开发过程中，或者在使用上述工具检测到它们之后)。这可以通过锁、条件变量、信号量等来实现。但是，还可以使用不同的编程范例，例如消息传递(而不是共享内存)，以避免构造造成的数据竞争。

一个有点规范的定义是“当两个线程同时访问内存中的同一个位置，并且至少有一次访问是写操作。”在这种情况下，“reader”线程可能获得旧值或新值，这取决于哪个线程“赢得了比赛”。这并不总是一个bug——事实上，一些非常复杂的低级算法会故意这样做——但通常应该避免。@Steve Gury的例子很好地说明了这可能是个问题。