面试题：Rust并发编程中如何识别竞态条件

Question

在Rust并发编程场景下，描述一下可能出现竞态条件的几种典型代码模式，例如在多线程访问共享资源时，从变量声明、线程启动及资源访问等角度说明，并且解释为什么这些模式容易引发竞态条件。

Answer 1

1. 共享可变变量未加同步机制
   • 代码模式：

fn main() {
    let mut data = 0;
    std::thread::spawn(|| {
        data += 1;
    }).join().unwrap();
    data += 2;
}

• 解释：这里声明了一个可变变量data，多个线程（这里虽然只启动了一个线程，但如果有多个线程类似操作也会出现问题）可以访问并修改它。Rust默认变量在多线程间访问是不安全的，由于没有同步机制（如锁），不同线程对data的读写操作可能会交错，导致结果不可预测，这就是竞态条件。

2. 使用Rc（引用计数）在多线程间共享数据
   • 代码模式：

use std::rc::Rc;
fn main() {
    let shared_data = Rc::new(0);
    let cloned_data = Rc::clone(&shared_data);
    std::thread::spawn(move || {
        let _ = cloned_data;
    }).join().unwrap();
    let _ = shared_data;
}

• 解释：Rc本身不是线程安全的，它通过引用计数来管理内存。在多线程环境下，多个线程同时操作Rc的引用计数可能会导致计数错乱，进而可能出现内存释放问题或数据访问冲突，引发竞态条件。

3. 未正确使用Mutex（互斥锁）
   • 代码模式：

use std::sync::{Mutex, Arc};
fn main() {
    let data = Arc::new(Mutex::new(0));
    let cloned_data = Arc::clone(&data);
    std::thread::spawn(move || {
        let mut guard = cloned_data.lock().unwrap();
        *guard += 1;
    }).join().unwrap();
    let mut guard = data.lock().unwrap();
    *guard += 2;
}

• 解释：虽然使用了Mutex来保护共享数据，但如果在实际应用中，没有正确处理MutexGuard（比如提前释放锁、在锁未获取成功时继续操作共享数据等），就可能导致多个线程同时访问共享数据，引发竞态条件。例如，如果在获取锁失败时没有合适的重试逻辑或处理方式，其他线程可能在该线程认为已获取锁时也获取锁并操作数据。