一、名詞解析

1、data race: Any race is a bug

定義： ①多個(gè)線程(協(xié)程)對(duì)于同一個(gè)變量、②同時(shí)地、③進(jìn)行讀/寫(xiě)操作、并且④至少有一個(gè)線程進(jìn)行寫(xiě)操作。（也就是說(shuō)，如果所有線程都是只進(jìn)行讀操作，那么將不構(gòu)成數(shù)據(jù)爭(zhēng)用）

后果： 如果發(fā)生了數(shù)據(jù)爭(zhēng)用，讀取該變量時(shí)得到的值將變得不可知(根據(jù)內(nèi)存模型)，使得該多線程程序的運(yùn)行結(jié)果將完全不可預(yù)測(cè)，有一定可能會(huì)導(dǎo)致直接崩潰。

如何防止： 對(duì)于有可能被多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)的變量使用排他訪問(wèn)控制，具體方法包括使用mutex（互斥量）或者使用atomic變量。

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作者注加一條規(guī)則：凡是若干線程（協(xié)程）對(duì)一個(gè)共享變量進(jìn)行同步操作，且其中有一個(gè)是寫(xiě)操作的，那么讀/寫(xiě)都要考慮使用原子操作。

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race condition（競(jìng)態(tài)條件）

讀取到數(shù)據(jù)中間狀態(tài)的的情形就是 race condition。相對(duì)于數(shù)據(jù)爭(zhēng)用(data race)，競(jìng)態(tài)條件(race condition)指的是更加高層次的更加復(fù)雜的現(xiàn)象，一般需要在設(shè)計(jì)并行程序時(shí)進(jìn)行細(xì)致入微的分析，才能確定。（也就是隱藏得更深）.

定義：受各線程上代碼執(zhí)行的順序和時(shí)機(jī)的影響，程序的運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生（預(yù)料之外）的變化。

后果：如果存在競(jìng)態(tài)條件(race condition)，多次運(yùn)行程序?qū)τ谕粋€(gè)輸入將會(huì)有不同的結(jié)果，但結(jié)果并非完全不可預(yù)測(cè)，它將由輸入數(shù)據(jù)和各線程的執(zhí)行順序共同決定。

如何預(yù)防：競(jìng)態(tài)條件產(chǎn)生的原因很多是對(duì)于同一個(gè)資源的一系列連續(xù)操作并不是原子性的，也就是說(shuō)有可能在執(zhí)行的中途被其他線程搶占，同時(shí)這個(gè)“其他線程”剛好也要訪問(wèn)這個(gè)資源。解決方法通常是：將這一系列操作作為一個(gè)critical section（臨界區(qū)）。

2、undefined behavior（未定義行為）

未定義行為是指執(zhí)行某種計(jì)算機(jī)代碼所產(chǎn)生的結(jié)果，這種代碼在當(dāng)前程序狀態(tài)下的行為在其所使用的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有規(guī)定。在 Go 的內(nèi)存模型中，有race的Go程序的行為是未定義行為

3、go run/build -race（開(kāi)啟race檢測(cè)）

golang在1.1之后引入了競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)的概念。我們可以使用go run -race或者go build -race來(lái)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)。-race選項(xiàng)打開(kāi)了data race detector用來(lái)檢查這個(gè)錯(cuò)誤，而且關(guān)閉了相關(guān)的編譯器優(yōu)化（作者注：就是為了不讓編譯器優(yōu)化代碼，能看清楚完整代碼）。（原因是）go編譯器認(rèn)為race代碼是dead code，可能直接優(yōu)化掉。

4、原子性

一個(gè)或者多個(gè)操作在 CPU 執(zhí)行的過(guò)程中不被中斷的特性，稱為原子性（atomicity）。這些操作對(duì)外表現(xiàn)成一個(gè)不可分割的整體，他們要么都執(zhí)行，要么都不執(zhí)行，外界不會(huì)看到他們只執(zhí)行到一半的狀態(tài)。

5、原子操作

原子操作（atomic operation）指的是由多步操作組成的一個(gè)操作。如果該操作不能原子地執(zhí)行，則要么執(zhí)行完所有步驟，要么一步也不執(zhí)行，不可能只執(zhí)行所有步驟的一個(gè)子集。

在單核系統(tǒng)里，單個(gè)的機(jī)器指令可以看成是原子操作（如果有編譯器優(yōu)化、亂序執(zhí)行等情況除外），在單核CPU中， 能夠在一個(gè)指令中完成的操作都可以看作為原子操作， 因?yàn)橹袛嘀话l(fā)生在指令間；

在多核系統(tǒng)中，單個(gè)的機(jī)器指令就不是原子操作，因?yàn)槎嗪讼到y(tǒng)里是多指令流并行運(yùn)行的，一個(gè)核在執(zhí)行一個(gè)指令時(shí)，其他核同時(shí)執(zhí)行的指令有可能操作同一塊內(nèi)存區(qū)域，從而出現(xiàn)數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。

多核系統(tǒng)中的原子操作通常使用內(nèi)存柵障（memory barrier）來(lái)實(shí)現(xiàn)，即一個(gè)CPU核在執(zhí)行原子操作時(shí)，其他CPU核必須停止對(duì)內(nèi)存操作或者不對(duì)指定的內(nèi)存進(jìn)行操作，這樣才能避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。

在多核CPU的時(shí)代，體系中運(yùn)行著多個(gè)獨(dú)立的CPU，即使是可以在單個(gè)指令中完成的操作也可能會(huì)被干擾. 典型的例子就是decl指令(遞減指令)， 它細(xì)分為三個(gè)過(guò)程: “讀->改->寫(xiě)”， 涉及兩次內(nèi)存操作。如果多個(gè)CPU運(yùn)行的多個(gè)進(jìn)程在同時(shí)對(duì)同一塊內(nèi)存執(zhí)行這個(gè)指令，那情況是無(wú)法預(yù)測(cè)的。

二、代碼分析

race 多協(xié)程寫(xiě)分析

golang在1.1之后引入了競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)的概念。我們可以使用go run -race 或者 go build -race 來(lái)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)。

golang語(yǔ)言內(nèi)部大概的實(shí)現(xiàn)就是同時(shí)開(kāi)啟多個(gè)goroutine執(zhí)行同一個(gè)命令，并且紀(jì)錄每個(gè)變量的狀態(tài)。

package main

import(
    "time"
    "fmt"
)

func main() {
    a := 1
    go func(){
        a = 2
    }()
    a = 3
    fmt.Println("a is ", a)

    time.Sleep(2 * time.Second)
}

如果使用go run -race 1.go，將出現(xiàn)下列提示：

a is  3
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c00012c058 by goroutine 7:
  main.main.func1()
      E:/hello/list/main/1.go:11 +0x44

Previous write at 0x00c00012c058 by main goroutine:
  main.main()
      E:/hello/list/main/1.go:13 +0x92

Goroutine 7 (running) created at:
  main.main()
      E:/hello/list/main/1.go:10 +0x84
==================
Found 1 data race(s)
exit status 66

這個(gè)命令輸出了WARNING：DATA RACE

總結(jié)

本篇主要介紹了一些術(shù)語(yǔ)，引用了一條規(guī)則：凡是多線程對(duì)共享變量涉及到寫(xiě)操作，都要考慮使用原子操作。

其次，介紹了-race選項(xiàng)，可以對(duì)代碼涉及競(jìng)態(tài)的問(wèn)題做個(gè)檢查。