数据竞争

Posted 2023-04-18

参考技术A 数据竞争（data race），是多个 goroutine 写一个key 导致数据不一致。
在 golang 中一般使用 -race 参数检测程序的竞争条件;

举个例子

启动 5 个 goroutine 修改 n 的值,执行命令
go run -race main.go

找到一个竞争条件，并且已报告行号，接下来尝试第一次修改：

增加 sync.Mutex 的互斥锁，保护变量 n ，执行 go run -race main.go 结果 5 ,看来起效果了！那有没有其他方式方法呢？
接下来第二次尝试

执行 go run -race main.go 结果 5 ,看来 atomic 也可以对变量进行保护。
是否有其他方式？还带模式！

https://go.dev/doc/articles/race_detector

AtomicIntegerArray 中的数据竞争

【中文标题】AtomicIntegerArray 中的数据竞争

【英文标题】：Data Races in an AtomicIntegerArray

【发布时间】：2016-11-02 01:47:17

【问题描述】：

在下面的代码中： 我在 2 个线程中更新 num[1]=0 的 AtomicIntegerArray num 1000 次。

在主线程的 2 个线程的末尾；num[1] 的值不应该是 2000，因为在 AtomicIntegerArray 中不应该有数据竞争。

但是我得到的随机值

代码：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerArray;

public class AtomicIntegerArr 

    private static AtomicIntegerArray num= new AtomicIntegerArray(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        Thread t1 = new Thread(new MyRun1());
        Thread t2 = new Thread(new MyRun2());

        num.set(0, 10);
        num.set(1, 0);

        System.out.println("In Main num before:"+num.get(1));

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("In Main num after:"+num.get(1));
    

    static class MyRun1 implements Runnable 
        public void run() 
            for (int i = 0; i < 1000; i++) 
                num.set(1,num.get(1)+1);
            

        
    

    static class MyRun2 implements Runnable 
        public void run() 
            for (int i = 0; i < 1000; i++) 
                num.set(1,num.get(1)+1);
            

        

    

编辑：添加 num.compareAndSet(1, num.get(1), num.get(1)+1); 而不是 num.set(1,num.get(1)+1); 也不起作用。

【参考方案1】：

我得到的随机值

这叫the lost-update problem。

因为，在下面的代码中：

num.set(1, num.get(1) + 1);

虽然涉及的每个单独的操作都是原子的，但组合操作不是。来自两个线程的单个操作可以交错，导致来自一个线程的更新被另一个线程用过时的值覆盖。

你可以使用compareAndSet来解决这个问题，但是你必须检查操作是否成功，失败时再做一次。

int v;
do 
    v = num.get(1);
 while (!num.compareAndSet(1, v, v+1));

还有一种方法可以达到这个目的：

num.accumulateAndGet(1, 1, (x, d)->x+d);

accumulateAndGet(int i, int x, IntBinaryOperator accumulatorFunction)

使用将给定函数应用于当前值和给定值的结果以原子方式更新索引 i 处的元素，并返回更新后的值。该函数应该没有副作用，因为当尝试更新由于线程之间的争用而失败时，它可能会被重新应用。该函数应用索引 i 处的当前值作为其第一个参数，并将给定的更新作为第二个参数。

【讨论】：

嗨，卢克：是的，整个操作不是原子的！我的错 ！！！至于解决它，我知道循环的 CompareAndSet 但不知道可用的累积和获取方法。使用 GetAndIncrement 也解决了它！谢谢:) !!

【参考方案2】：

这是一个经典的比赛条件。任何时候你有一个 fetch、一个操作和一个 put，你的代码都是活泼的。

考虑两个线程，它们都在大致“同时”执行num.set(1,num.get(1)+1)。首先，让我们分解一下表达式本身在做什么：

它获取num.get(1)；让我们称之为x 将其加 1；让我们称之为y 它将总和放入 `num.set(1, y);

即使表达式中的中间值只是堆栈上的值，而不是显式变量，但操作是相同的：get、add、put。

好的，回到我们的两个线程。如果操作是这样排序的呢？

inital state: n[1] = 5
Thread A      | Thread B
========================
x = n[1] = 5  |
              | x = n[1] = 5
              | y = 5 + 1 = 6
y = 5 + 1 = 6 | 
n[1] = 6      |
              | n[1] = 6

由于两个线程都在其中一个线程放入其附加值之前获取了该值，因此它们都做同样的事情。你有两次 5 + 1，结果是 6，而不是 7！

你想要的是getAndIncrement(int idx)，或者类似的方法之一，可以原子地进行get、add和put操作。

这些方法实际上都可以构建在您确定的compareAndSet 方法之上。但要做到这一点，您需要在循环中进行增量，直到compareAndSet 返回 true。此外，为了使其工作，您将初始 num.get(1) 值存储在局部变量中，而不是第二次获取它。实际上，这个循环说“继续尝试 get-add-put 逻辑，直到它在没有其他人在操作之间竞争的情况下工作。”在我上面的示例中，线程 B 会注意到 compareAndSet(1, 5, 6) 失败（因为当时的实际值是 6，而不是预期的 5），因此重试。这实际上是所有这些原子方法（如 getAndIncrement）所做的。

【讨论】：

num.set(1,num.get(1)+1);我的印象是 set 将完全以原子方式运行，这是真的，但在实际调用 set 之前；可以在第二个线程中调用另一个 get ，然后可以发生 2 组。 getandIncrement 确实以原子方式获取、递增和设置；而在我的情况下；这可能会出现（发生；再次发生，然后是 2 组）。谢谢 Yshavit :)