深入理解线程安全和可重入函数

线程安全

一个线程当且仅当被多个并发进程反复调用时，它会一直产生正确的结果。反之，就是不安全的。

四类线程不安全的函数：
1.不保护共享变量的函数；
2.函数状态随着调用改变的函数；
3.返回指向静态变量指针的函数；
4.调用线程不安全函数的函数。

线程安全的问题基本上是由全局变量及静态变量引起的，因为同一进程中的多线程是在同一个地址空间中运行，而全局变量和静态变量就属于多线程共享的资源。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，一般来讲，这个全局变量是线程安全的。若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则就可能会影响到线程安全。

多个线程之间私有的包括各个线程的上下文信息，私有栈，也就是说或局部变量不会影响线程安全。

代码说明线程安全问题

按照我们预想，第一个线程将count加到1000，第二个线程将count从1000加到2000，但实际上，三次运行的结果都不同，所以fun函数是不是线程安全的。

那么原因是什么呢？
我们首先要清楚i++不是原子操作，包括三步：从内存中将数据放入寄存器，寄存器进行+1操作，将新的数据写回到内存中。
我们定义的tmp，例如第一个线程将count加到150时，刚用tmp保存了count的值，然后被切出去，第二个线程执行count加到360，然后切回到第一个线程，第一个线程执行count=tmp+1，此时tmp为150，count值为151，所以count的值被改。这样两个线程间就产生了干扰，造成线程不安全。

我们将代码做以修改：

运行后，就不会出现运行结果不一致的问题了，修改后的函数是线程安全的。

可重入函数

函数被不同的控制流程调用，有可能在第一次调用还没返回时就再次进入该函数，称为重入。

可重入函数主要用于多任务环境中，一个可重入函数可以理解为“可以被中断的函数”，也就是说，可以在这个函数执行的任何时刻中断它，转入操作系统调度另外一段代码，而返回控制时不会出现什么错误。而不可重入函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量区、中断向量表等，所以如果被中断后，可能会出现问题，所以不可重入函数是不能运行在多任务环境下。

举个例子：（为不可重入函数）


这段程序我们希望输出的结果是3，但我们输入Ctrl+C，产生错误，由于变量是全局的，收到2号信号，继续进行+1操作，结果运行为6。所以，该程序中的fun函数是不可重入的。

可重入函数的分类
1.显式可重入函数
若所有函数的参数都是传值传递的（不含指针），并且所有数据引用都是本地的自动栈变量（即没有引用静态或全局变量），那么函数就是显示可重入的。
2.隐式可重入函数
可重入函数中的一些参数是引用传递（含指针），即调用线程小心地传递指向非共享数据的指针时，是可重入的。

重入函数需要满足以下条件：
1.不使用全局变量或静态变量；
2.不使用malloc或new开辟出的空间；
3.不调用不可重入函数；
4.不返回静态或全局数据，所有数据均由函数的调用者提供；
5.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。

不可重入函数只需满足以下条件中的一个：
1.调用了malloc/free函数，原因是malloc函数是用全局链表来管理堆的；
2.调用了标准I/O库函数，原因是标准I/O库的很多实现都是以不可重入的方式使用全局数据结构的；
3.可重入体内使用了静态的数据结构。

线程安全与可重入函数的关系

1.线程安全是在多线程的环境下引发的，而可重入函数可以在只有一个线程的情况下发生。
2.线程安全不一定是可重入的，而可重入函数一定是线程安全的。
3.如果一个函数有全局变量，则这个函数既不是线程安全也不是可重入的。
4.如果一个函数当中的数据都是自身栈空间的，则这个函数既是线程安全也是可重入的。
5.如果要对临界资源的访问加锁，则这个函数是线程安全的，如果重入函数加锁还未释放，就会产生死锁，因此不能重入。
6.线程安全函数能够使不同的线程访问同一块地址空间，而可重入函数要求执行不同的执行流对数据的操作不影响结果，使结果是相同的。