什么是竞争条件

竞争条件（Race Condition）是指在多线程或多进程环境中，当多个线程或进程访问和操作同一个共享资源时，由于执行顺序的不确定性导致程序行为不一致或错误的情况。具体来说，如果一个线程的操作依赖于另一个线程的操作结果，而这两个操作没有正确的同步机制，就可能发生竞争条件。

竞争条件的常见场景

1. 共享变量的读写：多个线程同时读取和写入同一个变量，可能导致数据不一致。
2. 临界区：多个线程同时进入临界区（即访问共享资源的代码段），导致资源被错误地修改。
3. 信号量和锁：使用不当的信号量和锁机制，可能导致死锁或资源竞争。

示例

以下是一个简单的示例，展示了竞争条件的发生：

import threading

# 共享变量
counter = 0

def increment():
    global counter
    for _ in range(1000000):
        counter += 1

# 创建两个线程
thread1 = threading.Thread(target=increment)
thread2 = threading.Thread(target=increment)

# 启动线程
thread1.start()
thread2.start()

# 等待线程结束
thread1.join()
thread2.join()

print(f"Counter should be 2000000, but is {counter}")

在这个例子中，两个线程同时对 counter 进行递增操作。由于没有同步机制，可能会发生竞争条件，导致最终的 counter 值小于预期的 2000000。

解决方法

1. 互斥锁（Mutex）：使用互斥锁来确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。
2. 原子操作：使用原子操作来确保操作的不可分割性。
3. 信号量：使用信号量来控制对共享资源的访问。

以下是使用互斥锁解决上述竞争条件的示例：

import threading

# 共享变量
counter = 0
lock = threading.Lock()

def increment():
    global counter
    for _ in range(1000000):
        with lock:
            counter += 1

# 创建两个线程
thread1 = threading.Thread(target=increment)
thread2 = threading.Thread(target=increment)

# 启动线程
thread1.start()
thread2.start()

# 等待线程结束
thread1.join()
thread2.join()

print(f"Counter is {counter}")