线程安全与可重入

Question 1

最近，我问了一个问题，标题为“ malloc线程安全吗？” ，然后在里面问：“ malloc是否可重入？”

我的印象是所有重入者都是线程安全的。

这个假设错了吗？

Question 2

可重入函数不依赖于C库头中公开的全局变量。.例如，在C中以strtok（）vs strtok_r（）为例。

有些函数需要在某个位置存储“正在进行的工作”，可重入函数允许您在线程自己的存储中而不是在全局中指定此指针。由于此存储是调用函数所独有的，因此可以中断并重新输入（重新进入），并且由于在大多数情况下，此功能不需要执行该函数实现的互斥，因此通常认为它们是线程安全。但是，按定义不能保证。

但是，errno在POSIX系统上的情况略有不同（并且在所有这些如何工作的任何解释中，它都是奇怪的东西）：）

简而言之，可重入通常意味着线程安全（如“如果您正在使用线程，请使用该函数的可重入版本”），但是线程安全并不总是意味着可重入（或相反）。当您考虑线程安全时，并发就是您需要考虑的问题。如果必须提供一种锁定和互斥的方法来使用某个函数，则该函数本质上并不是线程安全的。

但是，并非所有功能都需要检查。malloc()不需要重入，它不依赖任何给定线程的入口点范围之外的任何东西（并且它本身是线程安全的）。

如果不使用互斥体，futex或其他原子锁定机制，则返回静态分配值的函数将不是线程安全的。但是，如果他们不会被打扰，则无需重新进入。

即：

static char *foo(unsigned int flags)
{
  static char ret[2] = { 0 };

  if (flags & FOO_BAR)
    ret[0] = 'c';
  else if (flags & BAR_FOO)
    ret[0] = 'd';
  else
    ret[0] = 'e';

  ret[1] = 'A';

  return ret;
}

因此，如您所见，让多个线程使用该线程而不进行某种锁定将是一场灾难..但是重新进入没有任何目的。当某些嵌入式平台上动态分配内存成为禁忌时，您会遇到这种情况。

在纯函数式编程中，可重入通常并不意味着线程安全，它取决于传递给函数入口点，递归等的已定义或匿名函数的行为。

更好的“线程安全”方法对于并发访问是安全的，这更好地说明了这一需求。

Question 3

TL; DR：函数可以是可重入的，线程安全的，或者两者均可。

维基百科上有关线程安全性和可重入性的文章非常值得一读。以下是一些引用：

在以下情况下，函数是线程安全的：

它仅以确保多个线程同时安全执行的方式操作共享数据结构。

在以下情况下，函数是可重入的：

它可以在执行期间的任何时候中断，然后在之前的调用完成执行之前安全地再次调用（“重新输入”）。

作为可能重新进入的示例，维基百科给出了旨在由系统中断调用的功能的示例：假设在发生另一个中断时该功能已经在运行。但是不要仅仅因为您没有使用系统中断进行编码就认为您很安全：如果使用回调或递归函数，则在单线程程序中可能会遇到重入问题。

避免混淆的关键是可重入仅指一个正在执行的线程。从不存在多任务操作系统的时代开始就是一个概念。

例子

（从维基百科的文章稍作修改）

示例1：不是线程安全的，不是可重入的

/* As this function uses a non-const global variable without
   any precaution, it is neither reentrant nor thread-safe. */

int t;

void swap(int *x, int *y)
{
    t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
}

示例2：线程安全，不可重入

/* We use a thread local variable: the function is now
   thread-safe but still not reentrant (within the
   same thread). */

__thread int t;

void swap(int *x, int *y)
{
    t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
}

示例3：不是线程安全的，可重入

/* We save the global state in a local variable and we restore
   it at the end of the function.  The function is now reentrant
   but it is not thread safe. */

int t;

void swap(int *x, int *y)
{
    int s;
    s = t;
    t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
    t = s;
}

示例4：线程安全，可重入

/* We use a local variable: the function is now
   thread-safe and reentrant, we have ascended to
   higher plane of existence.  */

void swap(int *x, int *y)
{
    int t;
    t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
}

Question 4

这取决于定义。例如，Qt使用以下内容：

即使调用使用共享数据，也可以从多个线程同时调用线程安全*函数，因为对共享数据的所有引用都已序列化。

一个可重入函数也可以从多个线程同时调用，但只有当每个调用使用自己的数据。

因此，线程安全功能始终是可重入的，但可重入功能并非始终是线程安全的。

通过扩展，如果可以从多个线程安全地调用其成员函数，则该类称为可重入的，只要每个线程使用该类的不同实例即可。如果可以从多个线程安全地调用其成员函数，则该类是线程安全的，即使所有线程都使用该类的相同实例也是如此。

但他们也警告：

注意：多线程域中的术语尚未完全标准化。POSIX使用可重入和线程安全的定义，这些定义对其C API有所不同。当将其他面向对象的C ++类库与Qt一起使用时，请确保了解定义。