Что такое состояние гонки?

Состояние гонки (англ. race condition) — ситуация, возникающая в многопоточных или многопроцессных системах, когда результат выполнения программы зависит от порядка, в котором выполняются части кода, работающие с разделяемыми ресурсами (например, переменными или файлами).

Причина – неатомарные операции над разделяемыми данными без должной синхронизации.

Пример: инкремент общей переменной двумя потоками.

int shared_variable = 0;

// Поток 1
// Чтение shared_variable (например, value = 0)
// Инкремент value (value = 1)
// Запись value обратно в shared_variable (shared_variable = 1)

// Поток 2 (может выполнить эти шаги параллельно)
// Чтение shared_variable (до того, как Поток 1 записал, value = 0)
// Инкремент value (value = 1)
// Запись value обратно в shared_variable (shared_variable = 1)

В данном случае, если оба потока прочитают значение shared_variable (0) до того, как один из них успеет записать измененное значение, конечный результат будет 1 вместо ожидаемых 2.

Последствия могут быть непредсказуемыми и трудновоспроизводимыми ошибками.

Способы предотвращения:

• Мьютексы (mutexes): обеспечивают исключительный доступ к ресурсу.
• Семафоры (semaphores): управляют доступом к ограниченному пулу ресурсов.
• Атомарные операции (atomic operations): гарантируют, что операция выполняется целиком без прерывания.
• Мониторы (monitors) и другие высокоуровневые примитивы синхронизации.