相信有很多同學在面對多線程代碼時都會望而生畏，認為多線程代碼就像一頭難以馴服的怪獸，你制服不了這頭怪獸它就會反過來吞噬你。

可這是為什么呢？為什么多線程代碼如此難以正確編寫呢？

從根源上思考

可上圖關小貓咪屁事！

關你什么屁事

如果你能理解這段話，那么馴服多線程這頭小怪獸就不在話下。

維護公共場所秩序

• 線程私有資源，沒有線程安全問題

• 共享資源，線程間以某種秩序使用共享資源也能實現線程安全。

本文都是圍繞著上述兩個核心點來講解的，現在我們就可以正式的聊聊編程中的線程安全了。

什么是線程安全

怎么樣，線程安全的定義很簡單吧，也就是說你的代碼不管是在單個線程還是多個線程中被執行都應該能給出正確的運行結果，這樣的代碼是不會出現多線程問題的，就像下面這段代碼：

int func() {  int a = 1;  int b = 1;  return a + b;}

對于這樣段代碼，無論你用多少線程同時調用、怎么調用、什么時候調用都會返回2，這段代碼就是線程安全的。

線程私有資源

線程私有的棧區就是線程自己家。

線程間共享數據

• 用于動態分配內存的堆區，我們用C/C++中的malloc或者new就是在堆區上申請的內存

• 全局區，這里存放的就是全局變量

• 文件，我們知道線程是共享進程打開的文件

接下來，我們看一下在各種情況下該怎樣實現線程安全。這里依然以C/C++代碼為例，但是這里講解的方法適用于任何語言，請放心，這些代碼足夠簡單。

只使用線程私有資源

int func() {  int a = 1;  int b = 1;  return a + b;}

有的同學可能會說，那如果我們還是使用線程私有資源，但是傳入函數參數呢？

線程私有資源+函數參數

int func(int num) {  num++;  return num;}

int func(int* num) {  ++(*num);  return *num;}

int global_num = 1;
int func(int* num) {  ++(*num);  return *num;}
// 線程1void thread1() {  func(&global_num);}
// 線程2void thread1() {  func(&global_num);}

如果線程不得已要使用全局資源呢？

使用全局資源

int global_num = 100; //初始化一次，此后沒有其它代碼修改其值
int func() {  return global_num;}

int global_num = 100; 
int func() {  ++global_num;  return global_num;}

這時，func函數就不再是線程安全的了，對全局變量的修改必須加鎖保護。

線程局部存儲

__thread int global_num = 100; 
int func() {  ++global_num;  return global_num;}

• global_num是全局變量

• global_num是線程私有的

說完了局部變量、全局變量、函數參數，那么接下來就到函數返回值了。

函數返回值

int func() {  int a = 100;  return a;}

int* func() {  static int a = 100;  return &a;}

class S {public:  static S& getInstance() {    static S instance;    return instance;  }private:  S() {}  // 其它省略}

最后讓我們來看下這種情況，那就是如果我們調用一個非線程安全的函數，那么我們的函數是線程安全的嗎？

調用非線程安全代碼

int global_num = 0;
int func() {  ++global_num;  return global_num;}

int funcA() {  mutex l;     l.lock();  func();  l.unlock();}

int func(int *num) {  ++(*num);  return *num;}

void funcA() {  int a = 100;  func(&a);}

看了各種情況下的線程安全問題，最后讓我們來總結一下實現線程安全代碼都有哪些措施。

如何實現線程安全

從上面各種情況的分析來看，實現線程安全無外乎圍繞線程私有資源和線程共享資源這兩點，你需要識別出哪些是線程私有，哪些是共享的，這是核心，然后對癥下藥就可以了。

• 不使用任何全局資源，只使用線程私有資源，這種通常被稱為無狀態代碼
• 線程局部存儲，如果要使用全局資源，是否可以聲明為線程局部存儲，因為這種變量雖然是全局的，但每個線程都有一個屬于自己的副本，對其修改不會影響到其它線程
• 只讀，如果必須使用全局資源，那么全局資源是否可以是只讀的，多線程使用只讀的全局資源不會有線程安全問題。
• 原子操作，原子操作是說其在執行過程中是不可能被其它線程打斷的，像C++中的std::atomic修飾過的變量，對這類變量的操作無需傳統的加鎖保護，因為C++會確保在變量的修改過程中不會被打斷。我們常說的各種無鎖數據結構通常是在這類原子操作的基礎上構建的 。
• 同步互斥，到這里也就確定了你必須要以某種形式使用全局資源，那么在這種情況下公共場所的秩序必須得到維護，那么怎么維護呢？通過同步或者互斥的方式，這是一大類問題，我們將在《深入理解操作系統》系列文章中詳細闡述這一問題。

總 結