可重入函数与线程安全函数

可重入函数与线程安全函数

 

线程安全函数 
• 概念： 
       线程安全的概念比较直观。一般说来，一个函数被称为线程安全的，当且仅当被多个并发线程反复调用时，它会一直产生正确的结果。 
• 确保线程安全： 
       要确保函数线程安全，主要需要考虑的是线程之间的共享变量。属于同一进程的不同线程会共享进程内存空间中的全局区和堆，而私有的线程空间则主要包括栈和寄 存器。因此，对于同一进程的不同线程来说，每个线程的局部变量都是私有的，而全局变量、局部静态变量、分配于堆的变量都是共享的。在对这些共享变量进行访 问时，如果要保证线程安全，则必须通过加锁的方式。 
• 线程不安全的后果： 
       线程不安全可能导致的后果是显而易见的——共享变量的值由于不同线程的访问，可能发生不可预料的变化，进而导致程序的错误，甚至崩溃。 

可重入函数 
• 概念： 
       可重入的概念基本没有比较正式的完整解释，多数的文档都只是说明什么样的情况才能保证函数可重入，但没有完整定义。按照Wiki上的说法，“A computer program or routine is described as reentrant if it can be safely executed concurrently; that is, the routine can be re-entered while it is already running.”根据笔者的经验，所谓“重入”，常见的情况是，程序执行到某个函数foo()时，收到信号，于是暂停目前正在执行的函数，转到信号处理 函数，而这个信号处理函数的执行过程中，又恰恰也会进入到刚刚执行的函数foo()，这样便发生了所谓的重入。此时如果foo()能够正确的运行，而且处 理完成后，之前暂停的foo()也能够正确运行，则说明它是可重入的。 
• 确保可重入： 
       要确保函数可重入，需满足以下几个条件： 
       1、不在函数内部使用静态或全局数据 
       2、不返回静态或全局数据，所有数据都由函数的调用者提供。 
       3、使用本地数据，或者通过制作全局数据的本地拷贝来保护全局数据。 
       4、不调用不可重入函数。 
• 不可重入的后果： 
       不可重入的后果主要体现在象信号处理函数这样需要重入的情况中。如果信号处理函数中使用了不可重入的函数，则可能导致程序的错误甚至崩溃。 

可重入与线程安全

       可重入与线程安全并不等同。一般说来，可重入的函数一定是线程安全的，但反过来不一定成立。它们的关系可用下图来表示：

       我们可以采用下面的变化过程来进一步说明上图： 
       - 如果一个函数中用到了全局或静态变量，那么它不是线程安全的，也不是可重入的； 
       - 如果我们对它加以改进，在访问全局或静态变量时使用互斥量或信号量等方式加锁，则可以使它变成线程安全的，但此时它仍然是不可重入的，因为通常加锁方式是针对不同线程的访问，而对同一线程可能出现问题； 
       - 如果将函数中的全局或静态变量去掉，改成函数参数等其他形式，则有可能使函数变成既线程安全，又可重入。 

       比如：strtok函数是既不可重入的，也不是线程安全的；加锁的strtok不是可重入的，但线程安全；而strtok_r既是可重入的，也是线程安全的。