数据竞争和竞态条件

安全的 Rust 保证没有数据竞争，数据竞争的定义是：

两个或多个线程同时访问一个内存位置
其中一个或多个线程是写的
其中一个或多个是非同步的

数据竞争具有未定义行为，因此在 Safe Rust 中不可能执行。数据竞争主要是通过 Rust 的所有权系统来防止的：不可能别名一个可变引用，所以不可能进行数据竞争。但内部可变性使其更加复杂，这也是我们有 Send 和 Sync Trait 的主要原因（见下个章节更详细的说明）。

然而，Rust 并没有（也无法）阻止更广泛的竞态条件。

在你无法控制调度器的情况下，这在数学上是不可能的，而对于普通的操作系统环境来说你是无法控制调度器的。如果你确实控制了抢占，那么 有可能 防止一般的竞态——这种技术被像 RTIC 这样的框架所使用。然而，实际上拥有对调度的控制是一个非常罕见的情况。

因此，对于一个安全的 Rust 程序来说，在不正确的同步下出现死锁或做一些无意义的事情是完全“正常”的。很明显，这样的程序有问题，但 Rust 只能帮你到这里。不过，Rust 程序中的竞态条件本身并不能违反内存安全；只有与其他不安全的代码结合在一起，竞态条件才能真正违反内存安全。比如说：

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::thread;
use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
use std::sync::Arc;

let data = vec![1, 2, 3, 4];
// 使用 Arc，这样即使程序执行完毕，存储 AtomicUsize 的内存依然存在，
// 否则由于 thread::spawn 的生命周期限制，Rust 不会为我们编译这段代码
let idx = Arc::new(AtomicUsize::new(0));
let other_idx = idx.clone();

// `move` 捕获了 other_idx 的值，将它移入这个线程
thread::spawn(move || {
    // 因为这是一个原子变量，不存在数据竞争问题，所以可以修改 other_idx 的值
    other_idx.fetch_add(10, Ordering::SeqCst);
});

// 因为我们只读取了一次原子的内存，因此用原子中的值做索引是安全的，
// 然后将读出的值的拷贝传递给 Vec 做为索引，
// 索引过程可以做正确的边界检查，并且在执行索引期间这个值也不会发生改变。
// 但是，如果上面的线程在执行这句代码之前增加了这个值，这段代码会 panic。
// 因为程序的正确执行（panic 几乎不可能是正确的），所以这就是一个 *竞态*，
// 其执行结果依赖于线程的执行顺序
println!("{}", data[idx.load(Ordering::SeqCst)]);
}

如果我们提前进行边界检查，然后使用未经检查的值不安全地访问数据，我们就可能引起数据竞争：

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::thread;
use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
use std::sync::Arc;

let data = vec![1, 2, 3, 4];

let idx = Arc::new(AtomicUsize::new(0));
let other_idx = idx.clone();

// `move` 捕获了 other_idx 值，将它移入这个线程
thread::spawn(move || {
    // 因为这是一个原子变量，不存在数据竞争问题，所以可以修改 other_idx 的值
    other_idx.fetch_add(10, Ordering::SeqCst);
});

if idx.load(Ordering::SeqCst) < data.len() {
    unsafe {
        // 所以在边界检查之后读取 idx 的值可能是不正确的
        // 因为我们这里会 `get_unchecked`, 而这个操作是 `unsafe` 的，
        // 所以这里就存在着竞态，并且 *非常危险*！
        println!("{}", data.get_unchecked(idx.load(Ordering::SeqCst)));
    }
}
}

Rust 秘典（死灵书）

数据竞争和竞态条件