資料競爭（data race）

資料競爭是一種具體、技術性的麻煩，比一般的競爭條件更窄。它發生在：兩條或更多執行緒同時存取同一個記憶體位置、其中至少一次是寫入、且沒有任何東西強制它們之間的順序（沒有同步）。想像兩個人同時把不同的字寫進表單上同一個空格——墨水糊在一起，你說不出那格現在是什麼。在 C 與 C++ 裡，這不只是「你拿到什麼未定」；標準明定資料競爭是未定義行為，那糟得多。

讓我們把三個條件講精確，因為三者必須同時成立。第一，兩條執行緒碰同一個位置——同一個變數、共享物件的同一個位元組。第二，至少一次存取是寫入；兩條執行緒只讀同一筆資料永遠不會競爭。第三，存取是並行且未同步的——沒有任何東西（沒有互斥鎖、沒有原子操作、沒有別的順序保證）確立其中一個先於另一個發生。當三者都成立，程式就有資料競爭。注意它與競爭條件的對比：競爭條件是任何依賴時機的正確性錯誤；資料競爭是「未同步的、相衝突的記憶體存取」這個具體的低階情形。每個資料競爭都是競爭條件，但競爭條件可以完全沒有資料競爭（例如，全由各自安全的操作組成的「先檢查再行動」）。

這在 C 與 C++ 為何如此危險：因為標準把資料競爭稱作未定義行為，編譯器被允許假設它從不發生。它於是可能以讓這錯誤變得詭異的方式最佳化——把指令重排、把一個共享變數快取在暫存器裡使另一條執行緒的更新永遠看不到、或產出「不可能」的值。所以資料競爭不只是「你可能讀到一個有點過時的數字」；它能以徹底擊潰你推理的方式弄壞程式。唯一正確的修法是移除競爭——同步那些相衝突的存取（一把鎖或一個原子操作），讓衝突再也無法發生。一個叫做執行緒消毒器（thread sanitizer）的工具能在執行期偵測許多資料競爭，非常值得使用。