线程安全

线程安全是程式设计中的术语，指某个函数、函数库在多执行绪环境中被调用时，能够正确地处理多个执行绪之间的公用变数，使程序功能正确完成。

假设有间银行只有 1000 元，而两个人同时提领 1000 元时就可能会拿到总计 2000 元的金额。为了避免这个问题，该间银行提款时应该使用互斥锁，即意味著针对同一个资源处理时，前一个人提领交易完成后才处理下一笔交易。但这种手法会使得效能降低。

一般来说，线程安全的函数应该为每个调用它的线程分配专门的空间，来储存需要单独保存的状态（如果需要的话），不依赖于“线程惯性”，把多个线程共享的变量正确对待（如，通知编译器该变数为“易失（volatile）”型，阻止其进行一些不恰当的优化），而且，线程安全的函数一般不应该修改全局对象。

很多C库代码（比如某些strtok的实现，它将“多次调用中需要保持不变的状态”储存在静态变量中，导致不恰当的共享）不是线程安全的，在多执行绪环境中调用这些函数时，要进行特别的预防措施，或者寻找别的替代方案。

例子

在下面这段代码中，函数increment_counter是线程安全的，但不是可重入的。

#include <pthread.h>

int increment_counter ()
{
	static int counter = 0;
	static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

	pthread_mutex_lock(&mutex);
	
	// only allow one thread to increment at a time
	++counter;
	// store value before any other threads increment it further
	int result = counter;	

	pthread_mutex_unlock(&mutex);
	
	return result;
}

上面的代码中，函数increment_counter可以在多个线程中被调用，因为有一个互斥锁mutex来同步对共享变量counter的访问。但是如果这个函数用在可重入的中断处理程序中，如果在pthread_mutex_lock(&mutex)和pthread_mutex_unlock(&mutex)之间产生另一个调用函数increment_counter的中断，则会第二次执行此函数，此时由于mutex已被lock，函数会在pthread_mutex_lock(&mutex)处阻塞，并且由于mutex没有机会被unlock，阻塞会永远持续下去。简言之，问题在于 pthread 的 mutex 不可重入。

解决办法是设定 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 属性。然而对于给出的问题而言，专门使用一个 mutex 来保护一次简单的增量操作显然过于昂贵，因此c++11中的原子变量提供了一个可使此函数既线程安全又可重入（而且还更简洁）的替代方案：

#include <atomic>

int increment_counter ()
{
	static std::atomic<int> counter(0);
	
	// increment is guaranteed to be done atomically
	int result = ++counter;

	return result;
}

外部链接

• Thread-safe Tcl Extensions （页面存档备份，存于互联网档案馆）（wiki page）
• Thread-safe design
• Article "Design for thread safety" by Bill Venners
• Article "Write thread-safe servlets" by Phillip Bridgham