多線程并發的特征有哪些

本篇內容主要講解“多線程并發的特征有哪些”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“多線程并發的特征有哪些”吧!

多線程和并發

在使用C++開發的服務端程序中多線程還是主流，一般來說會有個線程池來處理接收的請求，這樣可以有效提供服務器的并發能力和CPU的利用率。

但是，多線程也是一把雙刃劍。

單線程模式下，一切都是那么單調而穩定，所有的資源都是自己的，我的資源我做主。

多線程模式下，一個進程下裝載了多個線程，每個線程除了部分資源是獨享外，多個線程對大部分系統資源是共享的。

多個線程共享的進程資源：

• 內存

• 文件描述符

• 地址空間

• 全局數據

• ...

每個線程獨享的資源：

• 線程寄存器

• 線程棧

• 線程ID、錯誤返回碼、信號屏蔽碼

• ...

敲黑板劃重點：

1.進程是系統進行資源分配和調度的基本單位，線程是CPU調度和分派的基本單位;

2.進程是線程的載體，進程有獨立地址空間，所有線程共享所在進程的地址空間;

3.進程是系統資源的大股東，而線程基本上不擁有系統資源，只占用少量在運行中必不可少的資源，比如程序計數器、一組寄存器和調用棧;

同一個進程中的多個線程有點像合租，大家共用大部分資源，自己獨占一小部分資源，相互影響，然而但單進程單線程就是整租，自己獨占所有資源，誰也不影響。

掌握多線程中資源共享和相互影響的特點之后，再來看看線程安全和可重入就容易很多。

什么是線程安全

計算機中所謂的安全大多是指結果的正確且可預測性。

前面我們知道，多線程運行起來雖然可以提高并發能力，但是多個線程會共享很多資源，比如寫全局數據，這種情況下就需要額外干預，否則將引發錯亂的結果。

線程安全是在擁有共享數據的多條線程并行執行的進程中，可以正常且正確的執行，不會出現數據污染等意外情況，反之則稱為線程不安全。

通俗一點講，線程安全就怎么跑都不亂，線程不安全就是一跑就可能五花八門。

所以可能產生線程不安全根本原因在于：共享數據且共享數據可變。

這些共享數據包括全局變量、局部靜態變量等，每個線程都可能對這個數據進行操作，并且操作結果會影響其他線程。

我們還經常提到另外一個術語：線程安全函數/線程安全類。

線程安全函數的一些特征：

• 無任何共享的數據，都是局部數據;

• 存在寫共享數據，但是進行了加鎖處理，可以實現多線程的同步調用;

• 存在讀但無寫共享數據，無需加鎖;

從圖中可以看到：

• 同一進程內有四個工作線程;

• 公共函數A 只執行打印操作，無論何時何線程調用，結果都是確定且正確的，因此是線程安全函數;

• 公共函數B 使用了全局變量Count，并對其進行遞增1操作，但是沒有進行加鎖同步處理，因此結果是不確定的，為線程不安全函數;

• 公共函數C 使用了全局變量Factor，并對其進行遞增2操作，使用了互斥鎖進行同步確保結果的正確，是線程安全函數;

在編寫多線程程序時，如果涉及多個線程操作一個公共函數，如果該函數本身不是線程安全的。

例如當一個函數F是線程安全函數，但是F調用線程不安全函數G時，同樣需要對G進行加鎖處理，否則函數F也將不安全。

在《深入理解計算機系統》一書中深入指出了線程不安全函數的分類：

• 不保護共享產量的函數

• 保持跨越多個調用狀態的函數

• 返回指向靜態變量的指針的函數

• 調用線程不安全函數的函數

前面介紹的幾個例子大部分都是全局變量的不加鎖控制相關的，還有兩種就是：

• 函數本次調用依賴于上次調用結果，也就是所謂的跨狀態，典型的Linux中的rand()函數;

• 函數將結果放在一個全局的指針中，典型的gethostbyname、localtime、strtok等;

// 函數原型 struct tm * localtime(const time_t *clock);  /* localtime example */ #include <stdio.h>  #include <time.h>   int main () {   time_t rawtime;   struct tm * timeinfo;    time (&rawtime);   timeinfo = localtime (&rawtime);    return 0; }

在localtime中將結果存放在timeinfo中，這個全局變量可以被任意的線程操作，因此將引發線程不安全。

對于Linux中線程不安全的函數可以查閱：

https://man7.org/linux/man-pages/man7/pthreads.7.html

可重入函數

在理解了線程安全的相關定義和形成原因之后，我們來看下什么是可重入。

先來看看可重入的相關定義：

一個程序可以在任意時刻被中斷，然后系統去執行另外一段代碼，結束后又調用繼續原來的子程序不會出錯，則稱其為可重入(reentrant或re-entrant)。

從根本上來說：

• 可重入函數只使用自己棧上的變量，不依賴任何外部數據，可以允許有該函數的多個副本在運行，因為每個調用者產生的函數棧都是相互獨立的;

• 不可重入函數使用了一些系統資源，如果被中斷的話，可能會出現問題;

可重入函數又分為兩大類：

• 顯式可重入：所有函數的參數都是值傳遞，并且只使用本地棧變量，那么函數就是顯示可重入的，無論如何調用，都是可重入的，是絕對無條件的。

• 隱式可重入：可重入函數中的一些參數是引用傳遞，只有在調用線程的時候傳遞指向非共享數據的指針時，它才是可重入的，是相對有條件的。

可重入函數需要滿足以下幾個條件：

• 函數內部不使用靜態或者全局數據

• 函數不返回靜態或全局數據，數據的產生都由調用者提供

• 不調用不可重入函數

從本質上來說，可重入函數實現了算法和數據的分離，函數內部的計算不依賴于外部，不影響也不受外部影響，是一種高效且安全的函數。

可重入函數都是線程安全函數，線程安全不一定是可重入函數。

不可重入函數可以遵守可重入規則去改造，從而變為可重入函數。

到此，相信大家對“多線程并發的特征有哪些”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！