一. 背景
现如今一个服务不是多线程运行，就是多进程运行，以此来提高服务的并发能力，虽然这样服务的承载能力和性能得到了提升，但线程安全又是一个非常值得考虑的问题，否则程序就会出现预想不到bug、莫名其妙的crash、程序死锁等问题。因此在编程过程中线程安全是每个coder都需要考虑的问题，在线程安全问题领域还有一个概念叫做可重入函数，本文将对两者的区别做以概述，方便大家在今后编码过程中，提升代码安全的意识，减少线上莫名其妙的bug以及crash，提升线上服务的稳定性。
二.两者的基本概念
- 线程 安全函数：一个函数被若被称为线程安全，当且仅当被多个并发线程反复的调用时，它会一直产生正确的结果
- 可重入函数：有一类比较重要的线程安全函数，叫做可重入函数，其特点在于它们都具有一种特性：当它们被多个线程调用时，不会引用任何共享的数据。因此可以看出可重入函数是线程安全函数的一个真子集
三.详细阐述
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线程安全函数
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如果一个函数在同一时刻可以被多个线程安全的调用，就称该函数是线程安全的。例如malloc函数是线程安全的。
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不需要共享时，请为每个线程提供一个专用的数据副本thead local。如果必须要数据共享，则提供显示同步或者lock_free的方式，以确保程序已确定预期的方式运行。通过将函数的数据竞争包含在锁定和解除锁定语句中，可以使不安全的函数过程变成线性安全，而且可以进行串行化。
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很多函数并不是线程安全的，因为他们返回的数据是存在静态的内存缓冲区中的。通过修改接口，由调用者自行提供缓冲区就可以使这些函数变为线程安全的。
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例如：
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操作系统实现支持线程安全函数的时候，会对POSIX中的一些非线程安全的函数提供一些可替换的线程安全版本。
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比如gethostbyname是线程不安全的，在Linux中提供了gethostbyname_r()的线程安全实现。函数名字后面加上"_r"，已表明这个版本是可重入的(reentrant)（对于线程可重入，也就是说是线程安全的，但并不是说对于信号处理函数也是可重入的或者是异步信号安全的）。 详见： man7.org/linux/man-p…
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可重入函数（reentrant function）
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重入即表示可以重复进入，首先意味着这个函数是可以被中断的，并且该函数除了使用自己栈上的变量外不依赖任何全局的数据，可以允许有该函数的多个副本在运行，由于它们使用的都是各自的栈空间，所以互相不会干扰。
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可重入函数可以在执行的任何时刻被中断，转入OS调度去执行，而当中断返回控制时，不会出现undefined行为，因此可重入函数可以由多个并发的任务调度，而不会出现数据错误以及其他异常的情况，并且能够中断后可以继续正确的运行。相反不可重入函数不能由多个任务去调度，除非使用了同步的相关手段来保护数据。
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可重入的函数是 线程 安全函数，但是反过来，线程安全函数未必是可重入函数。可重入是线程安全的充分非必要条件
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不可重入的例子：
- 在信号处理函数中，只能调用可重入的函数，因此不能调用不可重入函数，进程捕获到信号比如Ctrl+C(SIGINT)，因为很多比较友好的程序，都会捕获该信号做些服务中止的数据处理，从而使程序优雅的退出，此时正在执行的正常指令就会被信号处理程序临时中断，它首先执行信号处理函数中的指令，如果从信号处理函数中返回，则继续执行捕获到信号时正在执行的指令。由于信号处理函数默认是在主线程中调用，比如此时主线程正在调用malloc，此时触发信号处理函数，并且在信号函数中也调用了malloc，由于malloc是线程安全的，所以内部使用了锁，根据malloc中锁的不同处理方式，如果是普通锁，则会造成死锁，因为信号处理函数中想要的锁，在主线程已经被拿走了，而此时主线程又在等待信号处理函数的返回，因此就造成了死锁(之前排查服务ctrl+c退不出来，就是该问题导致) 。如果是递归锁，那么信号处理函数中的malloc获取到锁后进行内存分配，由于在主线程的malloc还没有执行完，可能就会造成内存数据混乱的现象。
- 题外话：即使是可重入函数，在信号处理函数中也需要注意errno的问题，相信大家在阅读一些源码的时候，经常会看到先临时保存errno，然后do something，再将errno恢复。因为一个线程只有一个errno变量，信号处理函数使用的可重入函数也有可能改变errno。因此正确的做法是在信号处理函数开始先临时保存，在返回时再恢复errno。
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四.总结
- 判断一个函数是否是线程安全的，需要判断该函数是否能够在多个线程下同时执行，保证每个线程都能得到正确的结果
- 判断一个函数是否是可重入函数，需要判断该函数是否可以被中断，中断恢复后程序运行能够得到预期的结果。
- 如果一个函数对于多个线程来说是可重入的，则说这个函数是线程安全的，但这并不能说明对信号处理函数来说该函数也是可重入，即此时就是异步信号不安全的，如果函数对异步信号处理程序是可重入的，那么该函数就是异步信号安全函数。而线程安全函数不保证在信号处理函数中被安全的调用，比如上面介绍的malloc函数。如果通过一些人为的信号阻塞方式保证非可重入函数不被信号中断，则也是异步信号安全。
