可重入函式與執行緒安全

執行緒安全：乙個函式被稱為執行緒安全的（thread-safe），當且僅當被多個併發程序反覆呼叫時，它會一直產生正確的結果。如果乙個函式不是執行緒安全的，我們就說它是執行緒不安全的（thread-unsafe）。我們定義四類（有相交的）執行緒不安全函式。

將這類執行緒不安全函式變為執行緒安全的，相對比較容易：利用像p和v操作這樣的同步操作來保護共享變數。這個方法的優點是在呼叫程式中不需要做任何修改，缺點是同步操作將減慢程式的執行時間。

乙個偽隨機數生成器是這類不安全函式的簡單例子。

unsigned int next = 1; 
int rand(void)
void srand(unsigned int seed)

rand函式是執行緒不安全的，因為當前呼叫的結果依賴於前次呼叫的中間結果。當我們呼叫srand為rand設定了乙個種子後，我們反覆從乙個單執行緒中呼叫rand，我們能夠預期乙個可重複的隨機數字序列。但是，如果有多個執行緒同時呼叫rand函式，這樣的假設就不成立了。

使得rand函式變為執行緒安全的唯一方式是重寫它，使得它不再使用任何靜態資料，取而代之地依靠呼叫者在引數中傳遞狀態資訊。這樣的缺點是，程式設計師現在要被迫改變呼叫程式的**。

某些函式（如gethostbyname）將計算結果放在靜態結構中，並返回乙個指向這個結構的指標。如果我們從併發執行緒中呼叫這些函式，那麼將可能發生災難，因為正在被乙個執行緒使用的結果會被另乙個執行緒悄悄地覆蓋了。

有兩種方法來處理這類執行緒不安全函式。一種是選擇重寫函式，使得呼叫者傳遞存放結果的結構位址。這就消除了所有共享資料，但是它要求程式設計師還要改寫呼叫者的**。

struct hostent* gethostbyname_ts(char* host)

如果函式f呼叫執行緒不安全函式g，那麼f就是執行緒不安全的嗎？不一定。如果g是類2類函式，即依賴於跨越多次呼叫的狀態，那麼f也是不安全的，而且除了重寫g以外，沒有什麼辦法。然而如果g是第1類或者第3類函式，那麼只要用互斥鎖保護呼叫位置和任何得到的共享資料，f可能仍然是執行緒安全的。比如上面的gethostbyname_ts。

可重入函式：可重入函式是執行緒安全函式的一種，其特點在於它們被多個執行緒呼叫時，不會引用任何共享資料。

可重入函式通常要比不可重入的執行緒安全函式效率高一些，因為它們不需要同步操作。更進一步說，將第2類執行緒不安全函式轉化為執行緒安全函式的唯一方法就是重寫它，使之可重入。

下面為rand函式的乙個可重入版本

int rand_r(unsigned int* nextp)

顯式可重入函式：如果所有函式的引數都是傳值傳遞的（沒有指標），並且所有的資料引用都是本地的自動棧變數（也就是說沒有引用靜態或全域性變數），那麼函式就是顯示可重入的，也就是說不管如何呼叫，我們都可斷言它是可重入的。

隱式可重入函式：可重入函式中的一些引數是引用傳遞（使用了指標），也就是說，在呼叫執行緒小心地傳遞指向非共享資料的指標時，它才是可重入的。例如rand_r就是隱式可重入的。

我們使用可重入（reentrant）來包括顯式可重入函式和隱式可重入函式。然而，可重入性有時是呼叫者和被呼叫者共有的屬性，並不只是被呼叫者單獨的屬性。

extern：

不可重入函式不可以在它還沒有返回就再次被呼叫；該函式在被呼叫還沒有結束之前，再次被呼叫，從而可能產生錯誤。但是，可重入函式不存在這樣的問題。

不可重入函式在實現時通常使用了全域性的資源（eg. 全域性變數），在多執行緒的環境下，如果沒有很好的處理資料保護和互斥訪問，就可能會發生錯誤。

常見的不可重入函式有：

printf ---引用全域性變數stdout；

malloc ---全域性記憶體分配表，分配堆疊空間；

free ---全域性記憶體分配表，釋放堆疊空間；

以prinf為例，中斷在任何時候都可能發生，比如發生在prinft執行過程中，假若又發生了中斷巢狀，而此時stdout資源被占用，所以第二個中斷的printf等待第乙個中斷的stdout資源釋放，而第乙個中斷等待第二個中斷返回，造成了死鎖，這樣printf就發生了重入，這種情況是不允許的。

在unix裡面，通常會有加上_r的字尾同名可重入函式版本。如果實在沒有，不妨在可預見的發生錯誤的地方嘗試加上保護鎖同步機制等。

摘自：

可重入函式與執行緒安全

執行緒安全與可重入函式

可重入函式與執行緒安全

可重入函式與執行緒安全

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