3.1 共享数据带来的问题

　　当涉及到共享数据时，问题很可能是因为修改共享数据所导致。如果共享数据是只读的，那么只读操作不会影响到数据，所以所有线程都会获得同样的数据。但是，当一个或多个线程要修改共享数据时，就会产生很多麻烦。

　　不变量：双链表中每个节点都有一个指针指向列表中下一个节点，还有一个指针指向前一个节点。其中不变量就是：节点A中指向“下一个”节点B的指针，还有前向指针。为了从列表中删除一个节点，其两边节点的指针都需要更新。当其中一边更新完成时，不变量就被破坏了，直到另一边也完成更新；在两边都完成更新后，不变量就又稳定了。

　　从一个列表中删除一个节点的步骤如下：

1. 找到要删除的节点N
2. 更新前一个节点指向N的指针，让这个指针指向N的下一个节点
3. 更新后一个节点指向N的指针，让这个指正指向N的前一个节点
4. 删除节点N

 

                          图3.1 从一个双链表中删除一个节点

图中b和c在相同的方向上指向和原来已经不一致了，这就破坏了不变量。破坏不变量的后果是多样的，当其他线程按从左往右的顺序来访问列表时，它将跳过被删除的节点；在一方面，如有第二个线程尝试删除图中右边的节点，那么可能会让数据结构产生永久性的损坏，使程序崩溃。无论结果如何，都是并行代码常见错误：条件竞争。

3.1.1 条件竞争

　　并发中竞争条件的形成，取决于一个以上线程的相对执行顺序，每个线程都抢着完成自己的任务。

　　恶性条件竞争：当不变量遭到破坏时，才会产生条件竞争，比如双向链表的例子。并发中对数据的条件竞争通常表示为恶性条件竞争。

3.1.2 避免恶性条件竞争

　　这里提供一些方法来解决恶性条件竞争：

1. 最简单的办法就是对数据结构采用某种保护机制，确保只有进行修改的线程才能看到不变量被破坏时的中间状态；
2. 另一个选择是对数据结构和不变量的设计进行修改，修改完的结构必须能完成一系列不可分割的变化，也就是保证每个不变量保持稳定的状态，这就是所谓的无锁编程。
3. 另一种处理条件竞争的方式是，使用事务的方式去处理数据结构的更新。所需的一些数据和读取都存储在事务日志中，然后将之前的操作合为一步，再进行提交。当数据结构被另一个线程修改后，或处理已经重启的情况下，提交就会无法进行，这称作为“软件事务内存”。