概述

数据竞争 (data race) 是指多个线程/进程同时访问一个共享资源时，最终计算结果的正确性依赖于线程/进程的执行顺序的这种现象。

举例来说，线程 t1 和线程 t2 都要对一个全局变量 int x = 0 做“自增 1“操作，而线程 t 对变量 x 做出的一个（非原子性的）自增操作实际上会被编译器分解为下列三个更细粒度的、更加“基本”的操作：

• 读取变量 x 的值到寄存器中，例如 ldr r0, x
• 对寄存器加 1：add r0, r0, 1
• 把寄存器的值写回 x：str r0, x

对于单线程的程序来说，这样一个简单的自增过程几乎不可能出错。然而，假如有两个线程“同时”对同一个变量做这样的自增操作，事情就不一样了：因为自增操作默认情况下不是一个原子操作，一个线程要自增一个变量它要做三件事（执行以上三条指令），如果中间有了差错，最终结果就不对，例如：

• 线程 t1: ldr r0, x
• 线程 t2: ldr r0, x
• 线程 t1: add r0, r0, 1
• 线程 t2: add r0, r0, 1
• 线程 t1: str r0, x
• 线程 t2: str r0, x

假设 int x 的初始值是 0，那么容易验证，经过上述六条指令，最终 x 的值一定是 1 而不是 2，这就是两个线程的指令以错误的执行顺序去操作一个共享资源 (int x) 导致的最终计算结果的错误。

这 6 条指令当且仅当以下列这两种顺序执行时，最终结果才是正确的：

顺序 1：

t1: ldr r0, x
t1: add r0, r0, 1
t1: str r0, x
t2: ldr r0, x
t2: add r0, r0, 1
t2: str r0, x

顺序 2：

t2: ldr r0, x
t2: add r0, r0, 1
t2: str r0, x
t1: ldr r0, x
t1: add r0, r0, 1
t1: str r0, x

换个角度解释：在多线程情形中，一个线程 t 在自增一个变量 x 的时候，为了保证最终结果的正确性，t 必须某种程度上「独占」这个变量 x。