什么是竞态条件?

过程严重依赖于其他事件的顺序或时间的情况。

例如, 处理器A和处理器B的执行都需要相同的资源。

你如何发现它们?

有一些工具可以自动检测竞态状态:

基于锁集的竞赛检查器 发生在种族检测之前 杂交种族检测

你是如何处理的?

竞争条件可以由互斥量或信号量处理。它们就像锁一样，允许进程根据特定的需求获取资源，以防止竞争。

你如何防止它们的发生?

防止竞争状态的方法有很多种，比如避免临界区。

没有两个进程同时在它们的关键区域内。(互斥) 没有对速度或cpu数量做任何假设。 没有进程运行在阻塞其他进程的关键区域之外。 没有进程需要永远等待才能进入临界区。(A等待B资源，B等待C资源，C等待A资源)

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.

但是，如果某个问题只在某些机器上断断续续地发生，则是存在竞争条件的标志性标志。常见的错误是崩溃和死锁。使用日志记录，您应该能够找到受影响的区域并从那里返回。

微软实际上已经发布了一篇关于竞态条件和死锁的非常详细的文章。最概括的摘要是标题段:

A race condition occurs when two threads access a shared variable at the same time. The first thread reads the variable, and the second thread reads the same value from the variable. Then the first thread and second thread perform their operations on the value, and they race to see which thread can write the value last to the shared variable. The value of the thread that writes its value last is preserved, because the thread is writing over the value that the previous thread wrote.

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。

您并不总是希望丢弃竞态条件。如果你有一个可以被多个线程读写的标志，并且这个标志被一个线程设置为“done”，这样当标志被设置为“done”时，其他线程就会停止处理，你不希望这个“竞争条件”被消除。事实上，这可以被称为良性竞态条件。

然而，使用检测竞态条件的工具，它将被视为有害的竞态条件。

更多关于比赛情况的详细信息，请访问http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc546569.aspx。

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。