Was ist eine Rennbedingung?

Question

Beim Schreiben von Multithreading-Anwendungen ist eines der häufigsten Probleme die Race Condition.

Meine Fragen an die Gemeinschaft lauten:

• Was ist die Rennbedingung?
• Wie kann man sie erkennen?
• Wie gehen Sie mit ihnen um?
• Und schließlich: Wie kann man verhindern, dass sie auftreten?

Answer 1

Was ist eine Rennbedingung?

Die Situation, in der ein Prozess entscheidend von der Reihenfolge oder dem Zeitpunkt anderer Ereignisse abhängt.

Zum Beispiel, Prozessor A und Prozessor B beide Bedürfnisse identische Ressourcen für ihre Ausführung.

Wie kann man sie erkennen?

Es gibt Tools zur automatischen Erkennung von Race Conditions:

• Lockset-basierter Race Checker
• Happens-Before Race Detection
• Hybride Rassenerkennung

Wie gehen Sie mit ihnen um?

Race Condition kann behandelt werden durch Mutex o Semaphoren . Sie fungieren als eine Sperre, die es einem Prozess ermöglicht, eine Ressource auf der Grundlage bestimmter Anforderungen zu erwerben, um Wettlaufbedingungen zu verhindern.

Wie kann man sie verhindern?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Wettlaufbedingungen zu verhindern, z. B. Vermeidung von kritischen Abschnitten .

1. Keine zwei Prozesse liegen gleichzeitig in ihren kritischen Regionen. ( Gegenseitiger Ausschluss)
2. Es werden keine Annahmen über Geschwindigkeiten oder die Anzahl der CPUs gemacht.
3. Kein Prozess, der außerhalb seines kritischen Bereichs läuft und andere Prozesse blockiert.
4. Kein Prozess muss ewig warten, bis er in seinen kritischen Bereich eintritt. (A wartet auf B Ressourcen, B wartet auf C Ressourcen, C wartet auf A Ressourcen)

Answer 2

Eine Wettlaufbedingung ist eine unerwünschte Situation, die auftritt, wenn ein Gerät oder System versucht, zwei oder mehr Vorgänge gleichzeitig auszuführen, aber aufgrund der Beschaffenheit des Geräts oder Systems müssen die Vorgänge in der richtigen Reihenfolge ausgeführt werden, um korrekt ausgeführt zu werden.

In Computerspeichern kann eine Wettlaufbedingung auftreten, wenn Befehle zum Lesen und Schreiben einer großen Datenmenge fast zur gleichen Zeit eingehen und der Computer versucht, einige oder alle alten Daten zu überschreiben, während diese alten Daten noch gelesen werden. Das Ergebnis kann eines oder mehrere der folgenden sein: ein Computerabsturz, eine "illegale Operation", eine Meldung und das Herunterfahren des Programms, Fehler beim Lesen der alten Daten oder Fehler beim Schreiben der neuen Daten.

Answer 3

Sie können Race Condition verhindern wenn Sie "Atomic"-Klassen verwenden. Der Grund dafür ist, dass der Thread die Operationen "Get" und "Set" nicht voneinander trennt (siehe Beispiel unten):

AtomicInteger ai = new AtomicInteger(2);
ai.getAndAdd(5);

Als Ergebnis haben Sie 7 in Link "ai". Obwohl Sie zwei Aktionen durchgeführt haben, bestätigen beide Operationen denselben Thread und kein anderer Thread wird sich einmischen, d.h. keine Race Conditions!

Answer 4

Eine Race Condition ist eine unerwünschte Situation, die auftritt, wenn zwei oder mehr Prozesse gleichzeitig auf gemeinsame Daten zugreifen und diese ändern können, weil es konkurrierende Zugriffe auf eine Ressource gibt. Ein Problem im kritischen Abschnitt kann eine Race Condition verursachen. Um kritische Bedingungen zwischen den Prozessen zu lösen, müssen wir jeweils nur einen Prozess herausnehmen, der den kritischen Abschnitt ausführt.

Answer 5

Betrachten wir einen Vorgang, bei dem der Zählerstand angezeigt werden muss, sobald er erhöht wird, d. h. sobald Gegenläufiger Faden erhöht den Wert DisplayThread muss den zuletzt aktualisierten Wert anzeigen.

int i = 0;

Ausgabe

CounterThread -> i = 1  
DisplayThread -> i = 1  
CounterThread -> i = 2  
CounterThread -> i = 3  
CounterThread -> i = 4  
DisplayThread -> i = 4

Hier Gegenläufiger Faden erhält die Sperre häufig und aktualisiert den Wert, bevor DisplayThread zeigt es an. Hier liegt eine Race Condition vor. Race Condition kann durch Synchronisation gelöst werden