race condition
#новичкам

Теперь состояние гонки. Это более общее понятие, чем гонка данных. Это ситуация в программе, когда поведение системы зависит от относительного порядка выполнения операций в потоках.

Внимание: состояние гонки есть даже в правильно синхронизированных программах. В однопоточной программе можно четко предсказать порядок обработки элементов. А вот если много потоков будут разгребать одну кучу задач - вы не сможете сказать заранее, какой выхлоп в следующий раз произведет конкретный поток. Потому что это зависит от шедулинга потоков.

Но нам и не важно это предсказание, потому что имеет значение поведение всей программы целиком.

Проблемы возникают, когда такие спорадические эффекты приводят к некорректным результатам. И именно эти ситуации обычно называют состоянием гонки. Мне кажется важным проговорить, что потоки всегда в состоянии гонки за чем-то и в этом отражение недетерминированности многопоточной среды. Но далее буду употреблять "состояние гонки" в негативном контексте.

Проблемы из-за состояния гонки могут происходить даже в программах без гонки данных.

Например:

std::atomic<int> x = 2;

void thread_1() {
  x = 3;
}

void thread_2() {
  if (x % 2 == 0) {
    std::cout << x << std::endl;
  }
}

Может так произойти, что поток 1 выполнится в промежутке между условием и выводом x на консоль. Это очень маловероятная ситуация, однако на консоль может вывестись нечетное число 3 с учетом того, что перед выводом мы проверили на четность. Как минимум удивительный результат, хотя с программе нет гонки данных.

"Плохое" состояние гонки - это в основном ошибка проектирования в условиях многопоточности. Знаменитая проблема наличия метода size() у многопоточной очереди - состояние гонки:

template <typename T>
class ThreadSafeQueue {
...
  size_t size() {
    std::lock_guard lg{mtx_};
    return queue_.size();
  }
private:
  std::deque<T> queue_;
  ...
};


ThreadSafeQueue<int> queue;
...
if (queue.size() > 0) {
  auto item = std::move(queue.front());
  queue.pop();
  // process item
}

Если между успешной и потокобезопасной проверкой, что очередь непустая, придет другой поток и заберет последний элемент из очереди, вы получите ub в попытке увидеть фронтальный элемент.

Основные черты состояния гонки:

🙈 Наличие логической ошибки при проектировании системы

🙈 Зависимость от планирования потоков

🙈 Зависимость от времени выполнения операции. Вчера в чате скинули мем, иллюстрирующий эту зависимость.

Многие путают или не понимают разницы между race condition и data race. Это даже частый вопрос на собеседованиях, на который 50% кандидатов отвечают что-то вообще невнятное. Но теперь вы подготовлены и вооружены правильным словарным аппаратом.

Be independent of other's schedule. Stay cool.

#design #concurrency #interview