C++ 多執行緒程式設計中的 race condition 是什麼？

Race Condition 概述當多個執行緒存取共享資源時，順序無法預測會出現 Race Condition，導致不可預測的程式行為。檢測 Race Condition使用執行緒分析工具（如 Valgrind）。新增斷言和日誌，檢查共享資源的預期值。解決 Race Condition使用互斥量（Mutex）保證共享資源的獨佔存取。採用讀寫鎖（ReadWriteLock）允許並發讀操作。使用原子變數實現可預測的存取順序。

C++ 多執行緒程式設計中的Race Condition

#Race Condition 概述

Race condition，又稱競速條件，是一種平行程式設計中常見的現象。當多個執行緒同時存取共享資源時，且順序無法預測，就會發生 race condition。這會導致程式產生不可預測的行為，甚至崩潰。

如何偵測 Race Condition

偵測 race condition 並不容易，因為它只會在特定條件下發生。一些常見的診斷方法包括：

• 執行緒分析工具： 如 Valgrind 或 ThreadSanitizer，它們可以偵測資料競爭和其他執行緒問題。
• 斷言與日誌： 檢查共享資源的預期值，並在出現異常值時記錄日誌。

實戰案例

以下是一個展示race condition 的C++ 程式碼範例：

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

int shared_resource = 0;

void increment_resource() {
  for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    shared_resource++;
  }
}

int main() {
  thread t1(increment_resource);
  thread t2(increment_resource);

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

  cout << "Expected value: 2000000, Actual value: " << shared_resource << endl;
  return 0;
}

在這個範例中，兩個執行緒同時更新共享資源shared_resource。由於執行緒執行順序不確定，可能導致最終值小於 2000000。

解決 Race Condition

解決 race condition 的關鍵是同步對共享資源的存取。有幾種同步機制可供選擇：

• 互斥量（Mutex）： 允許一個執行緒獨佔存取共享資源。
• 讀取寫入鎖定（ReadWriteLock）： 允許多個執行緒並發讀取共享資源，但只能有一個執行緒寫入。
• 原子變數： 提供一系列原子運算，如原子遞增和比較交換。

透過正確使用這些同步機制，可以確保共享資源的存取以可預測的順序進行，從而消除 race condition。

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