Linux 多線程可重入函數

Reentrant和Thread-safe

在單線程程序中，整個程序都是順序執行的，一個函數在同一時刻只能被一個函數調用，但在多線程中，由於並發性，一個函數可能同時被多個函數調用，此時這個函數就成了臨界資源，很容易造成調用函數處理結果的相互影響，如果一個函數在多線程並發的環境中每次被調用產生的結果是不確定的，我們就說這個函數是"不可重入的"/"線程不安全"的。為了解決這個問題，POSIX多線程庫提出了一種機制，用來解決多線程環境中的線程數據私有化問題，這套機制的主要思想是利用同步和互斥維護一個同名不同值的表，這個表會維護每個線程自己的資源地址，表面上是同一個變量，實質上這個變量在不同的線程中的地址是不一樣，這樣就保證了每個線程其實都在使用自己的資源，實現了"thread-safe"。
其實，隨著多線程程序的逐漸流行，除了這種利用系統機制保護線程私有數據的方法，還有一部分人重新編寫了一些多線程庫函數，這些函數的主要特點就是實現了算法和數據的分離，函數內部只負責實現算法，需要的數據由線程傳入，這樣就保證了函數的多線程安全，eg

char *asctime(const struct tm *tm);
char *asctime_r(const struct tm *tm, char *buf);        //這個就是asctime的thread-safe版，有_r後綴

但由於接口不同，完全重寫的函數推廣尚需時日。
當下用的更多的是使用_REENTRANT來在原來的函數的基礎上改造，如果編譯的時候定義了這個宏，相關的庫函數就會被編譯成"thread-safe"的版本。

模型

如果要查看這些函數的man手冊，可以安裝相關的man手冊

pthread_key_t key           //創建用於保護線程私有資源的key
pthread_once_t once_key     //創建用於初始化key的once_key,要求用PTHREAD_INIT_ONCE來賦值，否則結果不確定
pthread_key_create()        //創建key
pthread_once()              //初始化key
pthread_getspedifc()        //從key表中獲得線程私有資源的地址
pthread_setspedifc()        //將線程私有資源的地址放到key中
...

例子

表面上每個函數調用了reverse()都會得到rev的地址，其實這個rev地址在不同的線程中並不相同，一旦一個線程調用了reverse()函數，函數首先會到key標識的表中去搜索這個線程以前是否調用過這個函數，如果調用過，就將表中屬於這個線程的rev地址返回，如果沒有，就分配rev，並將該線程和它的專屬rev地址注冊到表中，這樣就把reverse()打造成了一個可重入的函數。

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
pthread_key_t key;
pthread_once_t once_key=PTHREAD_ONCE_INIT;
#ifdef _REENTRANT
void myDestructor(void*p){
    free(p);
}
void myCreateKey(void){
    //創建key
    pthread_key_create(&key,myDestructor);
}
#endif

char* reverse(char* buf,int len){
#ifdef _REENTRANT
    //初始化key
    pthread_once(&once_key,myCreateKey);

    //從key中獲取一個thread-specific的數據
    char* rev=(char*)pthread_getspecific(key);
    if(NULL==rev){
        rev=(char*)malloc(len+1);
        //將thread-specific的數據放到key中
        pthread_setspecific(key,rev);
    }
#else
    static char rev[100];
#endif
    bzero(rev,sizeof(rev));
    //翻轉buf
    while(len--)
        rev[len]=*buf++;
    return rev;
}



void* fcn1(void* p){
    while(1){
        char buf[100]="123456789";
        printf("[%lu]:%s\n",pthread_self(),buf);
        char* rev=reverse(buf,strlen(buf));
        sleep(1);
        printf("[%lu]:%s\n",pthread_self(),rev);
    }

}

void* fcn2(void* p){
    while(1){
        char buf[100]="abcdef";
        printf("[%lu]:%s\n",pthread_self(),buf);
        char* rev=reverse(buf,strlen(buf));
        sleep(2);
        printf("[%lu]:%s\n",pthread_self(),rev);

    }
}



int main(int argc, const char *argv[])
{
    pthread_t tid[4];
    pthread_create(&tid[0],NULL,fcn1,NULL);
    pthread_create(&tid[1],NULL,fcn2,NULL);
    pause();
    return 0;
}