Was ist eine Race Condition?

Der Rennzustand ist ein Problem, das in einer Multithread- oder Multiprozess-Anwendung auftritt, wenn die Korrektheit des Ergebnisses vom Ablauf der Threads/Prozesse abhängt.

Er tritt typischerweise auf, wenn mehrere Threads gleichzeitig auf gemeinsam genutzte Ressourcen (Variablen, Dateien, Datenbanken) ohne angemessene Synchronisation zugreifen.

Dies führt zu unvorhersehbarem Verhalten, Fehlern und inkorrekten Daten.

Beispiel: Zwei Threads versuchen gleichzeitig, eine gemeinsame Variable zu erhöhen.

var sharedCounter = 0

func incrementCounter() {
    let currentValue = sharedCounter // Thread 1 liest 0
    // Verzögerung
    let newValue = currentValue + 1 // Thread 1 berechnet 1
    sharedCounter = newValue // Thread 1 schreibt 1
}

// Wenn Thread 2 currentValue liest, bevor Thread 1 newValue schreibt:
func anotherIncrementCounter() {
    let currentValue = sharedCounter // Thread 2 liest 0
    let newValue = currentValue + 1 // Thread 2 berechnet 1
    sharedCounter = newValue // Thread 2 schreibt 1
}

In diesem Beispiel kann sharedCounter, wenn beide Threads gleichzeitig ohne Synchronisation ausgeführt werden, letztlich 1 statt des erwarteten Werts 2 sein.

Zur Vermeidung von Rennbedingungen werden Synchronisationsmechanismen verwendet:

• Mutex (Mutual Exclusion): Sperrt den Zugriff auf eine Ressource, sodass nur ein Thread im kritischen Abschnitt sein kann.
• Semaphoren: Begrenzen die Anzahl der Threads, die gleichzeitig auf eine Ressource zugreifen können.
• Dispatch Queues: Die Ausführung von Aufgaben erfolgt sequenziell (bei serialen Queues) oder mit einem bestimmten Parallelitätsgrad (bei parallelen Queues), mit der Möglichkeit, den Zugriff zu synchronisieren.
• Locks: Verschiedene Lock-Typen (z.B. NSLock, NSRecursiveLock).
• Atomare Operationen: Stellen sicher, dass Operationen (Lesen, Schreiben, Inkrementieren) atomar ausgeführt werden, also nicht von einem anderen Thread unterbrochen werden können.

In der iOS-Entwicklung werden häufig Grand Central Dispatch (GCD) und Operation Queues verwendet, um Threads zu verwalten und Rennbedingungen zu verhindern. Serielle Dispatch Queues gewährleisten die automatische Synchronisation der in dieser Queue ausgeführten Aufgaben.