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  • Linux/Unix编程中的线程安全问题

    线程主要由控制流程和资源使用两部分构成,因此一个不得不面对的问题就是对共享资源的访问。为了确保资源得到正确的使用,开发人员在设计编写程序时需要考虑避免竞争条件和死锁,需要更多地考虑使用线程互斥变量。

    判断一个函数是否线程安全不是一件很容易的事情。但是读者可以通过下面这几条确定一个函数是线程不安全的。 
    a, 函数中访问全局变量和堆。
    b, 函数中分配,重新分配释放全局资源。
    c, 函数中通过句柄和指针的不直接访问。
    d, 函数中使用了其他线程不安全的函数或者变量。因此在编写线程安全函数时,要注意两点: 
    1, 减少对临界资源的依赖,尽量避免访问全局变量,静态变量或其它共享资源,如果必须要使用共享资源,所有使用到的地方必须要进行互斥锁 (Mutex) 保护;
    2, 线程安全的函数所调用到的函数也应该是线程安全的,如果所调用的函数不是线程安全的,那么这些函数也必须被互斥锁 (Mutex) 保护;

    除了线程安全还有一个很重要的概念就是 可重入(Re-entrant),所谓可重入,即:当一个函数在被一个线程调用时,可以允许被其他线程再调用。显而易见,如果一个函数是可重入的,那么它肯定是线程安全的。但反之未然,一个函数是线程安全的,却未必是可重入的。程序开发人员应该尽量编写可重入的函数。

    一个函数想要成为可重入的函数,必须满足下列要求: 
    a) 不能使用静态或者全局的非常量数据
    b) 不能够返回地址给静态或者全局的非常量数据
    c) 函数使用的数据由调用者提供
    d) 不能够依赖于单一资源的锁
    e) 不能够调用非可重入的函数

    因为多线程技术和线程安全概念出现得相对较晚,所以 POSIX规范中收纳的一些函数并不符合线程安全要求。

    下表是 UNIX环境高级编程列出 POSIX.1规范中的非线程安全的函数:


    asctime ecvt gethostent getutxline putc_unlocked
    basename encrypt getlogin gmtime putchar_unlocked
    catgets endgrent getnetbyaddr hcreate putenv
    crypt endpwent getnetbyname hdestroy pututxline
    ctime endutxent getopt hsearch rand
    dbm_clearerr fcvt getprotobyname inet_ntoa readdir
    dbm_close ftw getprotobynumber L64a setenv
    dbm_delete getcvt getprotobynumber lgamma setgrent
    dbm_error getc_unlocked getprotoent lgammaf setkey
    dbm_fetch getchar_unlocked getpwent lgammal setpwent
    dbm_firstkey getdate getpwnam localeconv setutxent
    dbm_nextkey getenv getpwuid lrand48 strerror
    dbm_open getgrent getservbyname mrand48 strtok
    dbm_store getgrgid getservbyport nftw ttyname
    dirname getgrnam getservent nl_langinfo unsetenv
    dlerror gethostbyaddr getutxent ptsname wcstombs
    drand48 gethostbyname getutxid ptsname ectomb

    目前大部分上述函数目前已经有了对应的线程安全版本的实现,例如:针对 getpwnam的 getpwnam_r(),( 这里的 _r表示可重入 (reentrant),如前所述,可重入的函数都是线程安全的)。在多线程软件开发中,如果需要使用到上所述函数,应优先使用它们对应的线程安全版本。而对于某些没有线程安全版本的函数,开发人员可按自己需要编写线程安全版本的实现。

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