线程同步与互斥(完)
目录
5.线程安全和重入问题
概念
常见锁概念
死锁
死锁四个必要条件
避免死锁
STL,智能指针和线程安全
其他常见的各种锁
5.线程安全和重入问题
概念
线程安全：就是多个线程在访问共享资源时，能够正确地执行，不会相互干扰或破坏彼此的执行结
果。⼀般而言，多个线程并发同⼀段只有局部变量的代码时，不会出现不同的结果。但是对全局变量或者静态变量进行操作，并且没有锁保护的情况下，容易出现该问题。
重入：同⼀个函数被不同的执行流调用，当前⼀个流程还没有执行完，就有其他的执行流再次进入，我们称之为重入。⼀个函数在重入的情况下，运行结果不会出现任何不同或者任何问题，则该函数被称为可重入函数，否则，是不可重入函数。
学到现在，其实我们已经能理解重入其实可以分为两种情况
• 多线程重入函数
• 信号导致一个执行流重复进入函数
常见的线程不安全的情况
• 不保护共享变量的函数
• 函数状态随着被调用，状态发生变化的函数
• 返回指向静态变量指针的函数
• 调用线程不安全函数的函数
常见不可重入的情况
• 调用了malloc/free函数，因为malloc函数是用全局链表来管理堆的
• 调用了标准I/O库函数，标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构
• 可重入函数体内使用了静态的数据结构
常见的线程安全的情况
• 每个线程对全局变量或者静态变量只有读取的权限，而没有写入的权限，⼀般来说这些线程是安全的
• 类或者接口对于线程来说都是原子操作
• 多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性
常见可重入的情况
• 不使用全局变量或静态变量
• 不使用用malloc或者new开辟出的空间
• 不调用不可重入函数
• 不返回静态或全局数据，所有数据都有函数的调用者提供
• 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
结论
不要被上面绕口令式的话语唬住，你只要仔细观察，其实对应概念说的都是⼀回事。
可重入与线程安全联系
• 函数是可重入的，那就是线程安全的(其实知道这⼀句话就够了)
• 函数是不可重入的，那就不能由多个线程使用，有可能引发线程安全问题
• 如果⼀个函数中有全局变量，那么这个函数既不是线程安全也不是可重入的。
可重入与线程安全区别
可重入函数是线程安全函数的⼀种
线程安全不⼀定是可重入的，而可重入函数则⼀定是线程安全的。
如果将对临界资源的访问加上锁，则这个函数是线程安全的，但如果这个重入函数若锁还
未释放则会产生死锁，因此是不可重入的。
注意：
• 如果不考虑信号导致一个执行流重复进入函数这种重入情况，线程安全和重入在安全角度度不做区分
• 但是线程安全侧重说明线程访问公共资源的安全情况，表现的是并发线程的特点
• 可重入描述的是⼀个函数是否能被重复进入，表示的是函数的特点
线程安全表示线程本身的健康或者安全状态
重入描述的是函数的特征
常见锁概念
单线程有没有可能死锁？有可能
死锁
• 死锁是指在一组进程中的各个进程均占有不会释放的资源，但因互相申请被其他进程所占用不会 释放的资源而处于的一种永久等待状态。
• 为了方便表述，假设现在线程A，线程B必须同时持有锁1和锁2，才能进行后续资源的访问
申请⼀把锁是原子的，但是申请两把锁就不⼀定了
死锁四个必要条件
• 互斥条件：一个资源每次只能被一个执行流使用
• 请求与保持条件：一个执行流因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
• 不剥夺条件:一个执行流已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺
• 循环等待条件:若干执行流之间形成一种头尾相接的循环等待资源的关系
避免死锁
• 破坏死锁的四个必要条件
◦ 破坏循环等待条件问题：资源一次性分配， 使用超时机制、加锁顺序一致
• 避免锁未释放的场景
STL,智能指针和线程安全
STL中的容器是否是线程安全的?
不是.
原因是, STL 的设计初衷是将性能挖掘到极致, 而一旦涉及到加锁保证线程安全, 会对性能造成巨大的影响.
而且对于不同的容器, 加锁方式的不同, 性能可能也不同(例如hash表的锁表和锁桶).
因此 STL 默认不是线程安全. 如果需要在多线程环境下使用, 往往需要调用者自行保证线程安全.
智能指针是否是线程安全的?
对于 unique_ptr, 由于只是在当前代码块范围内生效, 因此不涉及线程安全问题.
对于 shared_ptr, 多个对象需要共用一个引用计数变量, 所以会存在线程安全问题. 但是标准库实现的时候考虑到了这个问题, 基于原子操作(CAS)的方式保证 shared_ptr 能够高效, 原子的操作引用计数.
其他常见的各种锁
• 悲观锁：在每次取数据时，总是担心数据会被其他线程修改，所以会在取数据前先加锁（读锁， 写锁，行锁等），当其他线程想要访问数据时，被阻塞挂起。
• 乐观锁：每次取数据时候，总是乐观的认为数据不会被其他线程修改，因此不上锁。但是在更新 数据前，会判断其他数据在更新前有没有对数据进行修改。主要采用两种方式：版本号机制和 CAS操作。
• CAS操作：当需要更新数据时，判断当前内存值和之前取得的值是否相等。如果相等则用新值更 新。若不等则失败，失败则重试，一般是一个自旋的过程，即不断重试。
• 自旋锁，读写锁.
感谢你的观看，期待我们下次再见！