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)

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。

考虑一个操作，该操作必须在计数增加时立即显示计数。ie。，只要CounterThread增加值，DisplayThread就需要显示最近更新的值。

int i = 0;

输出

CounterThread -> i = 1  
DisplayThread -> i = 1  
CounterThread -> i = 2  
CounterThread -> i = 3  
CounterThread -> i = 4  
DisplayThread -> i = 4

在这里，CounterThread频繁地获取锁，并在DisplayThread显示它之前更新值。这里存在一个竞态条件。竞争条件可以通过使用同步来解决

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。

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。

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。