31-线程安全和线程存储

第31章 线程安全和线程存储

线程安全：再论可重入性

导致线程不安全的原因是：使用了所有线程之间共享的全局或静态变量
实现线程的方式：其一是将函数与互斥量关联使用、其二是将共享变量与互斥量关联起来
相比较于整个函数使用互斥量，使用临界区实现线程安全虽有改善，还是有些低效，而可重入函数则无需使用互斥量即可实现线程安全，其要诀在于避免对全局或静态变量的使用，需要返回给调用者的信息，都存储于调用者分配的缓冲区内，不过并非所有函数都可以实现为可重入，原因如下：

• 有些函数必须访问全局数据结构，如malloc函数库
• 一些函数的接口在线程发明之前本身就被定为为不可重入，如asctime

对于后缀是_r的可重入函数，要求由调用者分配缓冲区

一次性初始化

多线程程序有时不管创建多少个线程，有些初始化只做一次，pthread_once可以被调用多次，而init只会被调用一次，会被哪个线程调用，由内核调度决定

#include <pthread.h>
int pthread_once(pthread_once_t *once_control, void (*init)(void))；
// 返回值：若成功，返回0，若出错，返回负值

线程特有数据

使用线程特有的数据技术，可以无需修改函数接口而实现已有函数的线程安全，比较于可重入函数，采用线程特有数据的函数效率要低，但是却省去了修改程序的麻烦；管理线程特定数据可以提高线程间的数据独立性

接口

int pthread_key_create(pthread_key_t *keyp, void (* _Nullable)(void *));
int pthread_key_delete(pthread_key_t keyp);
// 两个函数返回值：若成功，返回0，若出错，返回错误编号
// keyp可以被进程中所有线程使用，但是每个线程把这个键与不同的线程特定数据地址进行关联
// pthread_key_create可以为该键关联一个可选的析构函数，当线程调用pthread_exit或执行返回正常退出时，析构函数就会调用，线程取消时，只有在最后的清理处理程序返回之后，析构函数才会被调用，如果线程调用了exit、_exit、_Exit或abort，或其他非正常退出时，不会调用析构函数
// pthread_key_delete用来取消键与线程特定数据之间的关联，调用它并不会激活该键关联的析构函数

需要确保分配的键不会由于初始化阶段的竞争而发生变动，这样会导致有些线程看到的是一个键值，其他线程看到的是不同的键值，解决竞争的办法是使用pthread_once；键一旦创建，就可以通过pthread_setspecific把键和线程特定数据关联起来

void* _Nullable pthread_getspecific(pthread_key_t key);
// 返回线程特定数据，若没有值与该键关联，返回NULL
int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void * _Nullable value);
// 若成功，返回0，若出错，返回错误编号

线程局部存储

主要优点：比线程特有数据使用简单，要创建线程局部变量，只要在全局或静态变量的声明中包含__thread说明符即可，但凡带有这个标志，每个线程都拥有一份对该变量的拷贝，直到线程线程终止才会释放，关于其声明和使用的规则：

1. 如果变量声明使用了static或extern，那么关键字__thread必须紧随其后
2. 线程局部变量在声明时可以设置初始值
3. 可以使用&来获取线程局部变量的地址