455      阿裏雲  技術社區[雲棲]

深入理解可重入與線程安全

在多線程編程和信號處理過程中，經常會遇到可重入(reentrance)與線程安全(thread-safe)。

很多人糾結於reentrance和thread-safe兩個概念理解糾纏不清。我想救我對reentrance和thread-safe的理解作個總結

一、可重入(reentrance)

首先來看下APUE中，列出的可重入函數：

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

以上表中的這些函數，都是可重入的。

那麼究竟什麼是可重入函數呢？

我的理解：可重入函數，與多線程無關，即可重入概念並不依賴於多線程，可重入的提出時依據單一線程提出來的，當然，多線程可重入是他的擴展。一個函數被同一個線程調用2次以上，得到的結果具有可再現性(多次調用函數，得到的結果是一樣的)。那麼我們說這個函數是可重入的。

可重入，並不一定要是多線程的。可重入隻關注一個結果可再現性。在APUE中，可函數可重入的概念最先是在講signal的handler的時候提出的。此時進程(線程)正在執行函數fun()，在函數fun()還未執行完的時候，突然進程接收到一個信號sig, 此時，需要暫停執行fun(),要轉而執行sig信號的處理函數sig_handler()，那麼，如果在sig_handler()中，也恰好調用了函數fun().信號的處理是以軟終端的形式進行的，那麼，當sig_handler()執行完返回之後，CPU會繼續從fun()被打斷的地方往下執行。這裏講的比較特殊，最好的情況是，進程中調用了fun()，函數，信號處理函數sig_handle()中也調用了fun()。如果fun()函數是可重入的，那麼，多次調用fun()函數就具有可再現性。從而，兩次調用fun()的結果是正確的預期結果。非可重入函數，則恰好相反。

簡而言之，可重入函數，描述的是函數被多次調用但是結果具有可再現性。

如果fun()，中，使用了static變量、返回全局變量、調用非可重入函數等等，帶有全局性的操作，都將會導致2次以上調用fun()的結果的不可再現性（當然，有些時候使用了static、全局變量等等，不一定導致調用結果不可再現性）。隻要使調用結果具有可再現性，那麼該函數就是可重入的。

為了保證函數是可重入的，需要做到一下幾點：

1，不在函數內部使用靜態或者全局數據

2，不返回靜態或者全局數據，所有的數據都由函數調用者提供

3，使用本地數據，或者通過製作全局數據的本地拷貝來保護全局數據

4， 如果必須訪問全局數據，使用互斥鎖來保護

5，不調用不可重入函數

二，函數線程安全

看看APUE上，描述的非線程安全函數

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

上麵一段話是APUE中的解釋，如果一個函數能夠安全的同時被多個線程調用而得到正確的結果，那麼，我們說這個函數是線程安全的。所謂安全，一切可能導致結果不正確的因素都是不安全的調用。

線程安全，是針對多線程而言的。那麼和可重入聯係起來，我們可以斷定，可重入函數必定是線程安全的，但是線程安全的，不一定是可重入的。不可重入函數，函數調用結果不具有可再現性，可以通過互斥鎖等機製，使之能安全的同時被多個線程調用，那麼，這個不可重入函數就是轉換成了線程安全。

線程安全，描述的是函數能同時被多個線程安全的調用，並不要求調用函數的結果具有可再現性。也就是說，多個線程同時調用該函數，允許出現互相影響的情況，這種情況的出現需要某些機製比如互斥鎖來支持，使之安全。

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最後更新：2017-04-02 06:51:24

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