Что такое Race Condition

1️⃣ Как кратко ответить

Race Condition — это ситуация в многопоточных или параллельных системах, когда несколько потоков или процессов одновременно пытаются изменить общие данные, и результат зависит от порядка выполнения этих потоков. Это может привести к непредсказуемому поведению программы и ошибкам.

2️⃣ Подробное объяснение темы

Race Condition (состояние гонки) возникает в многопоточных или параллельных системах, когда два или более потока или процесса одновременно обращаются к общим ресурсам, и по крайней мере один из них пытается изменить эти ресурсы. Поскольку порядок выполнения потоков не гарантирован, результат может быть непредсказуемым и зависеть от того, какой поток первым завершит свою операцию.

Пример и объяснение

Рассмотрим простой пример на Java, где два потока пытаются увеличить общий счетчик:

public class RaceConditionExample {
    private int counter = 0;
​
    public void increment() {
        counter++;
    }
​
    public static void main(String[] args) {
        RaceConditionExample example = new RaceConditionExample();
​
        // Создаем два потока, которые будут увеличивать счетчик
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
​
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
​
        // Запускаем оба потока
        thread1.start();
        thread2.start();
​
        // Ожидаем завершения обоих потоков
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
​
        // Выводим значение счетчика
        System.out.println("Counter: " + example.counter);
    }
}

Объяснение кода:

• private int counter = 0;: Объявляем переменную counter, которая будет увеличиваться двумя потоками. Это общий ресурс, доступный обоим потокам.

• public void increment() { counter++; }: Метод increment увеличивает значение counter на единицу. Операция counter++ не является атомарной; она состоит из нескольких шагов: чтение значения, увеличение и запись обратно.

• Thread thread1 = new Thread(() -> { ... }); и Thread thread2 = new Thread(() -> { ... });: Создаем два потока, каждый из которых выполняет метод increment 1000 раз.

• thread1.start(); и thread2.start();: Запускаем оба потока. Они начинают выполнение параллельно.

• thread1.join(); и thread2.join();: Ожидаем завершения обоих потоков, чтобы убедиться, что все инкременты выполнены до вывода результата.

• System.out.println("Counter: " + example.counter);: Выводим значение счетчика после завершения обоих потоков.

Почему возникает Race Condition

В этом примере, поскольку операция counter++ не атомарна, оба потока могут одновременно прочитать одно и то же значение counter, увеличить его и записать обратно, что приводит к потере инкрементов. Например, если counter равен 5, оба потока могут прочитать 5, увеличить до 6 и записать 6, хотя должно было быть 7.

Как избежать Race Condition

Чтобы избежать Race Condition, необходимо использовать механизмы синхронизации, такие как synchronized блоки или объекты Lock, чтобы гарантировать, что только один поток может выполнять критическую секцию кода в любой момент времени.

Пример использования synchronized:

public synchronized void increment() {
    counter++;
}

Теперь метод increment синхронизирован, и только один поток может выполнять его в любой момент времени, что предотвращает Race Condition.