目录1.线程安全和重入问题1.1 相关概念1.2 常见线程安全不安全情况1.3 常见线程可重入不可重入情况1.4 结论2. 常见锁的概念2.1 死锁2.2 死锁的四个必要条件2.3 避免死锁2.4 避免死锁算法(不讲)5-4 避免死锁算法(不讲)3. STL智能指针和线程安全3.1 STL中的容器是否是线程安全的?3.2 智能指针是否是线程安全的?4. 其他常见的各种锁1.线程安全和重入问题1.1 相关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1.2 常见线程安全不安全情况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1.3 常见线程可重入不可重入情况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可重入的情况不使用全局变量或静态变量不使用 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1.4 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2. 常见锁的概念2.1 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造成的结果是2.2 死锁的四个必要条件1. 互斥条件一个资源每次只能被一个执行流使用2. 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好理解不做解释3. 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4. 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2.3 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2.4 避免死锁算法(不讲)5-4 避免死锁算法(不讲)死锁检测算法(了解)银行家算法了解3. STL智能指针和线程安全3.1 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。3.2 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。4. 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。自旋锁读写锁待补 
长河君 · 2026/10/10 1:57:50 · 阅读 1.2k 19.【Linux系统编程】线程安全概述
目录1.线程安全和重入问题1.1 相关概念1.2 常见线程安全不安全情况1.3 常见线程可重入不可重入情况1.4 结论2. 常见锁的概念2.1 死锁2.2 死锁的四个必要条件2.3 避免死锁2.4 避免死锁算法(不讲)5-4 避免死锁算法(不讲)3. STL智能指针和线程安全3.1 STL中的容器是否是线程安全的?3.2 智能指针是否是线程安全的?4. 其他常见的各种锁1.线程安全和重入问题1.1 相关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1.2 常见线程安全不安全情况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1.3 常见线程可重入不可重入情况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可重入的情况不使用全局变量或静态变量不使用 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1.4 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2. 常见锁的概念2.1 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造成的结果是2.2 死锁的四个必要条件1. 互斥条件一个资源每次只能被一个执行流使用2. 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好理解不做解释3. 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4. 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2.3 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2.4 避免死锁算法(不讲)5-4 避免死锁算法(不讲)死锁检测算法(了解)银行家算法了解3. STL智能指针和线程安全3.1 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。3.2 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。4. 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。自旋锁读写锁待补