深入理解可重入与线程安全

在多线程编程和信号处理过程中，经常会遇到可重入(reentrance)与线程安全(thread-safe)。

很多人纠结于reentrance和thread-safe两个概念理解纠缠不清。我想救我对reentrance和thread-safe的理解作个总结

 

一、可重入(reentrance)

首先来看下APUE中，列出的可重入函数：

 

accept

fchmod

lseek

sendto

stat

access

fchown

lstat

setgid

symlink

aio_error

fcntl

mkdir

setpgid

sysconf

aio_return

fdatasync

mkfifo

setsid

tcdrain

aio_suspend

fork

open

setsockopt

tcflow

alarm

fpathconf

pathconf

setuid

tcflush

bind

fstat

pause

shutdown

tcgetattr

cfgetispeed

fsync

pipe

sigaction

tcgetpgrp

cfgetospeed

ftruncate

poll

sigaddset

tcsendbreak

cfsetispeed

getegid

posix_trace_event

sigdelset

tcsetattr

cfsetospeed

geteuid

pselect

sigemptyset

tcsetpgrp

chdir

getgid

raise

sigfillset

time

chmod

getgroups

read

sigismember

timer_getoverrun

chown

getpeername

readlink

signal

timer_gettime

clock_gettime

getpgrp

recv

sigpause

timer_settime

close

getpid

recvfrom

sigpending

times

connect

getppid

recvmsg

sigprocmask

umask

creat

getsockname

rename

sigqueue

uname

dup

getsockopt

rmdir

sigset

unlink

dup2

getuid

select

sigsuspend

utime

execle

kill

sem_post

sleep

wait

execve

link

send

socket

waitpid

_Exit & _exit

listen

sendmsg

socketpair

write

 

以上表中的这些函数，都是可重入的。

 

那么究竟什么是可重入函数呢？

 

我的理解：可重入函数，与多线程无关，即可重入概念并不依赖于多线程，可重入的提出时依据单一线程提出来的，当然，多线程可重入是他的扩展。一个函数被同一个线程调用2次以上，得到的结果具有可再现性(多次调用函数，得到的结果是一样的)。那么我们说这个函数是可重入的。

 

可重入，并不一定要是多线程的。可重入只关注一个结果可再现性。在APUE中，可函数可重入的概念最先是在讲signal的handler的时候提出的。此时进程(线程)正在执行函数fun()，在函数fun()还未执行完的时候，突然进程接收到一个信号sig, 此时，需要暂停执行fun(),要转而执行sig信号的处理函数sig_handler()，那么，如果在sig_handler()中，也恰好调用了函数fun().信号的处理是以软终端的形式进行的，那么，当sig_handler()执行完返回之后，CPU会继续从fun()被打断的地方往下执行。这里讲的比较特殊，最好的情况是，进程中调用了fun()，函数，信号处理函数sig_handle()中也调用了fun()。如果fun()函数是可重入的，那么，多次调用fun()函数就具有可再现性。从而，两次调用fun()的结果是正确的预期结果。非可重入函数，则恰好相反。

 

简而言之，可重入函数，描述的是函数被多次调用但是结果具有可再现性。

 

如果fun()，中，使用了static变量、返回全局变量、调用非可重入函数等等，带有全局性的操作，都将会导致2次以上调用fun()的结果的不可再现性（当然，有些时候使用了static、全局变量等等，不一定导致调用结果不可再现性）。只要使调用结果具有可再现性，那么该函数就是可重入的。

 

为了保证函数是可重入的，需要做到一下几点：

1，不在函数内部使用静态或者全局数据

2，不返回静态或者全局数据，所有的数据都由函数调用者提供

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， 如果必须访问全局数据，使用互斥锁来保护

5，不调用不可重入函数

 

 

二，函数线程安全

 

看看APUE上，描述的非线程安全函数

asctime	ecvt	gethostent	getutxline	putc_unlocked
basename	encrypt	getlogin	gmtime	putchar_unlocked
catgets	endgrent	getnetbyaddr	hcreate	putenv
crypt	endpwent	getnetbyname	hdestroy	pututxline
ctime	endutxent	getnetent	hsearch	rand
dbm_clearerr	fcvt	getopt	inet_ntoa	readdir
dbm_close	ftw	getprotobyname	l64a	setenv
dbm_delete	gcvt	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	localtime	strerror
dbm_open	getgrent	getservbyname	lrand48	strtok
dbm_store	getgrgid	getservbyport	mrand48	ttyname
dirname	getgrnam	getservent	nftw	unsetenv
dlerror	gethostbyaddr	getutxent	nl_langinfo	wcstombs
drand48	gethostbyname	getutxid	ptsname	wctomb

 

 

 

If a function can be safely called by multiple threads at the same time, we say that the function is thread-safe

 

上面一段话是APUE中的解释，如果一个函数能够安全的同时被多个线程调用而得到正确的结果，那么，我们说这个函数是线程安全的。所谓安全，一切可能导致结果不正确的因素都是不安全的调用。

 

线程安全，是针对多线程而言的。那么和可重入联系起来，我们可以断定，可重入函数必定是线程安全的，但是线程安全的，不一定是可重入的。不可重入函数，函数调用结果不具有可再现性，可以通过互斥锁等机制，使之能安全的同时被多个线程调用，那么，这个不可重入函数就是转换成了线程安全。

 

线程安全，描述的是函数能同时被多个线程安全的调用，并不要求调用函数的结果具有可再现性。也就是说，多个线程同时调用该函数，允许出现互相影响的情况，这种情况的出现需要某些机制比如互斥锁来支持，使之安全。

 

 

 

 

 

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