线程规则的制定者二：线程安全与冲入问题
1. 线程安全和重入问题
1.1. 线程安全概念
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。
1.2. 重入概念
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。
现阶段重入分为两种情况：
- 多线程重入函数
- 信号导致一个执行流重复进入函数
1.3. 线程安全与线程不安全的几种情况
1.3.1. 常见的线程不安全问题
1.3.2. 常见的线程安全情况
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
1.4. 常见的可重入情况和不可重入情况
1.4.1. 常见的可重入情况
- 不使⽤全局变量或静态变量
1.4.2. 常见的不可重入情况
调⽤了malloc/free函数，因为malloc函数是⽤全局链表来管理堆的
1.5. 线程安全和可重入函数的区别和联系
联系：
区别：
2.死锁问题
- 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。
2.1. 死锁的四个条件
2.2. 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
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <vector>
#include <unistd.h>
// 定义两个共享资源（整数变量）和两个互斥锁
int shared_resource1 = 0;
int shared_resource2 = 0;
std::mutex mtx1, mtx2;
// ⼀个函数，同时访问两个共享资源
void access_shared_resources()
{// std::unique_lock<std::mutex> lock1(mtx1, std::defer_lock);// std::unique_lock<std::mutex> lock2(mtx2, std::defer_lock);// // 使⽤ std::lock 同时锁定两个互斥锁// std::lock(lock1, lock2);// 现在两个互斥锁都已锁定，可以安全地访问共享资源int cnt = 10000;while (cnt){++shared_resource1;++shared_resource2;cnt--;}// 当离开 access_shared_resources 的作⽤域时，lock1 和 lock2 的析构函数会被⾃动调⽤// 这会导致它们各⾃的互斥量被⾃动解锁
}
// 模拟多线程同时访问共享资源的场景
void simulate_concurrent_access()
{std::vector<std::thread> threads;// 创建多个线程来模拟并发访问for (int i = 0; i < 10; ++i){threads.emplace_back(access_shared_resources);}// 等待所有线程完成for (auto &thread : threads){thread.join();}// 输出共享资源的最终状态std::cout << "Shared Resource 1: " << shared_resource1 << std::endl;std::cout << "Shared Resource 2: " << shared_resource2 << std::endl;
}
int main()
{simulate_concurrent_access();return 0;
}3. STL 智能指针和线程安全
3.1. STL中的容器不是线程安全的
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