LinuxC++如何编写线程安全库？

LinuxC++编写线程安全库dll的方法：

1、动态库只有一个导出函数。

这种情况下编写函数时，只需要考虑不要有冲突的全局数据就可以了。这里的全局数据包括了在堆中分配的数据块和静态全局变量等。如果存在这样的全局数据，那么进程中的不同线程访问这个函数就会造成冲突。

2、动态库导出了多个函数，而且多个函数间存在数据传递。

一般DLL都导出多个函数，一个初始化，一个资源释放，其他为核心功能函数。这些函数间极有可能发生数据传递。如果一个初始化函数是在线程A中调用的，而核心功能函数是在线程B中调用的，那么线程A初始化函数的资源就无法对应线程B中的核心功能，此外还有核心功能函数间的数据传递，这样的DLL就不是线程安全的，必然导致错误。

解决办法是由用户（即使用DLL的人）保证这些导出函数是在一个线程中调用。但这样会很大程度上限制接口的设计和用户的使用自由度。所以最好的方法是函数只管自己的线程安全，不同函数传递数据用动态TLS，线程局部存储。

3、限制访问DLL中某一函数的线程数目。

对于DLL中的某一个函数的访问线程数目是有限制的，超过了限制其他线程就得等一定的时间，一定的时间过后如果还不能得到执行机会，那就返回超时。这样的设计对用户来说是友好的，而且很实用，有的商业程序确实是按照允许用户访问的通道数目来计价的。

对DLL中的函数做这样的一个封装，一般是简单的待用Semaphore信号量，来解决。DLL初始化时调用CreateSemaphore函数对信号量进行初始化，其原型如下：

HANDLE CreateSemaphore(

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,

// pointer to security attributes

LONG lInitialCount, // initial count

LONG lMaximumCount, // maximum count

LPCTSTR lpName // pointer to semaphore-object name

)

对于信号量，它每WaitForSingleObject一次（当然是要进入），其状态值（一个整数）就减1，使用完ReleaseSemaphore其状态值就加1，当其状态值为0时信号量就由有信号变为无信号。利用信号量的这一特性，我们在初始化时将信号量的初始值（第2个参数）设置为限制的线程访问数目。在要限制访问线程数目的函数内部，通过调用WaitForSingleOject获取控制权，并指定一个等待时间（这个由配置文件指定），根据情况超时返回，使用完ReleaseSemaphore释放对占用，让其他线程可以调用这个函数。

4、多进程情况下的多线程安全DLL。

LL是可以被多个进行加载并调用的。那就是说如果我们只对一个进程进行了限制，那么在多进程调用的情况下，这样的限制被轻易攻破。

我们都知道，Semaphore信号量属于内核对象，也就是说其可以被多进程共享访问，也就说，如果我们给一个Semaphore指定了一个名字，在另一个进程中，我们只要调用OpenSemaphore函数用同一名字打开信号量就可以访问了。这样问题就解决了？

现实情况是，多进程情况下，一般不是简单的多进程共享一个Semaphore就可以了。多进程间需要互通很多信息。一般的解决办法是，采用共享数据段。

#pragma data_seg("share")

int share_data

#pragma data_seg()

#pragma comment(linker,"/SECTION:share, RWS")

通过pragam编译器指令生成了一个名叫share的共享数据段，这样对于变量share_data就可以多进程共享的了。如果要多进程间交换数据，只要在data_seg中添加数据定义即可。

在Linux系统中使用C/C++进行多线程编程时，我们遇到最多的就是对同一变量的多线程读写问题，大多情况下遇到这类问题都是通过锁机制来处理，但这对程序的性能带来了很大的影响，当然对于那些系统原生支持原子 *** 作的数据类型来说，我们可以使用原子 *** 作来处理，这能对程序的性能会得到一定的提高。那么对于那些系统不支持原子 *** 作的自定义数据类型，在不使用锁的情况下如何做到线程安全呢？本文将从线程局部存储方面，简单讲解处理这一类线程安全问题的方法。

一、数据类型

在C/C++程序中常存在全局变量、函数内定义的静态变量以及局部变量，对于局部变量来说，其不存在线程安全问题，因此不在本文讨论的范围之内。全局变量和函数内定义的静态变量，是同一进程中各个线程都可以访问的共享变量，因此它们存在多线程读写问题。在一个线程中修改了变量中的内容，其他线程都能感知并且能读取已更改过的内容，这对数据交换来说是非常快捷的，但是由于多线程的存在，对于同一个变量可能存在两个或两个以上的线程同时修改变量所在的内存内容，同时又存在多个线程在变量在修改的时去读取该内存值，如果没有使用相应的同步机制来保护该内存的话，那么所读取到的数据将是不可预知的，甚至可能导致程序崩溃。

如果需要在一个线程内部的各个函数调用都能访问、但其它线程不能访问的变量，这就需要新的机制来实现，我们称之为Static memory local to a thread (线程局部静态变量)，同时也可称之为线程特有数据（TSD: Thread-Specific Data）或者线程局部存储（TLS: Thread-Local Storage）。这一类型的数据，在程序中每个线程都会分别维护一份变量的副本(copy)，并且长期存在于该线程中，对此类变量的 *** 作不影响其他线程。如下图：

二、一次性初始化

在讲解线程特有数据之前，先让我们来了解一下一次性初始化。多线程程序有时有这样的需求：不管创建多少个线程，有些数据的初始化只能发生一次。列如：在C++程序中某个类在整个进程的生命周期内只能存在一个实例对象，在多线程的情况下，为了能让该对象能够安全的初始化，一次性初始化机制就显得尤为重要了。——在设计模式中这种实现常常被称之为单例模式（Singleton）。Linux中提供了如下函数来实现一次性初始化：

#include <pthread.h>

// Returns 0 on success, or a positive error number on error

int pthread_once (pthread_once_t *once_control, void (*init) (void))

利用参数once_control的状态，函数pthread_once()可以确保无论有多少个线程调用多少次该函数，也只会执行一次由init所指向的由调用者定义的函数。init所指向的函数没有任何参数，形式如下：

void init (void)

{

// some variables initializtion in here

}

另外，参数once_control必须是pthread_once_t类型变量的指针，指向初始化为PTHRAD_ONCE_INIT的静态变量。在C++0x以后提供了类似功能的函数std::call_once ()，用法与该函数类似。使用实例请参考https://github.com/ApusApp/Swift/blob/master/swift/base/singleton.hpp实现。

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