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