可重入 | 江南人物的博客

概念

可重入函数：如果一个函数在执行过程中被中断服务程序打断，执行中断服务程序之后恢复执行，还能不妨碍之前的执行，就称该函数是可重入的。

可重入函数一般用于硬件中断处理或递归等应用程序中。

可重入程序/可重入子例程：在多个处理器上能被安全地多次并发调用。

与线程安全的区别：可重入函数的概念在多任务操作系统出现之前就存在了，所以该概念仅仅针对的是单线程执行过程。
一个函数可以是线程安全但非可重入的，例如，该函数每次都使用互斥量来包裹。但是，如果该函数用于中断服务程序，那么，它可能在等待第一次执行过程释放互斥量时陷入饥饿。TODO：陷入饥饿为什么就不是可重入了？

要实现可重入性，函数通常需要满足以下条件：

不使用静态或全局变量：这些变量在多次调用之间共享，可能导致数据竞争。
不依赖于不可重入的函数：例如，标准库中的某些函数可能不是可重入的。
不使用动态内存分配：动态内存分配可能会导致竞争条件。
不使用信号处理：信号处理可能会中断函数的执行。

可重入性在多线程编程和中断处理程序中尤为重要，因为它确保了函数在并发环境下的安全性。

可重入 VS 线程安全

可重入性和线程安全虽然都涉及到并发编程，但它们有不同的侧重点：

可重入性：

定义：一个函数可以在被中断后安全地再次调用，而不会影响其执行结果。
条件：不使用静态或全局变量、不依赖不可重入的函数、不使用动态内存分配、不使用信号处理。
应用场景：主要用于中断处理程序和嵌入式系统。
线程安全：

定义：一个函数或代码块在多线程环境下可以安全地并发执行，而不会导致竞争条件或数据不一致。
条件：通常需要使用同步机制（如互斥锁、信号量）来保护共享资源。
应用场景：主要用于多线程编程。
总结来说，可重入性关注的是函数在被中断后能否安全地再次调用，而线程安全关注的是在多线程环境下能否安全地并发执行。可重入函数不一定是线程安全的，线程安全的函数也不一定是可重入的。

可重入函数不一定是线程安全的

#include <stdio.h>

int counter = 0;

void reentrantFunction() {
    int localCounter = counter;
    localCounter++;
    counter = localCounter;
}

int main() {
    reentrantFunction();
    printf("Counter: %d\n", counter);
    return 0;
}

解释：

reentrantFunction 是可重入的，因为它满足以下条件：

不使用静态或全局变量：虽然 counter 是一个全局变量，但 reentrantFunction 中的操作都是基于局部变量 localCounter，并且没有依赖于函数外部的状态。
不依赖不可重入的函数：reentrantFunction 中没有调用任何不可重入的函数。
不使用动态内存分配：函数中没有使用 malloc 或其他动态内存分配函数。
不使用信号处理：函数中没有涉及信号处理。
因此，reentrantFunction 可以在被中断后安全地再次调用，而不会影响其执行结果。

然而，正因为它使用了全局变量 counter，在多线程环境下可能会导致竞争条件，所以它不是线程安全的。

线程安全的函数不一定是可重入的

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int counter = 0;

void* threadSafeFunction(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&lock);
    counter++;
    pthread_mutex_unlock(&lock);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_create(&thread1, NULL, threadSafeFunction, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, threadSafeFunction, NULL);
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);
    printf("Counter: %d\n", counter);
    return 0;
}

解释：

这个函数 threadSafeFunction 是线程安全的，因为它使用了互斥锁来保护对 counter 的访问。
然而，它不是可重入的，因为它使用了互斥锁，互斥锁在中断处理程序中可能会导致死锁：

互斥锁的使用：互斥锁用于确保线程安全，但它们在中断处理程序中可能会导致死锁。如果一个线程在持有锁时被中断，然后中断处理程序尝试再次调用该函数并试图获取同一个锁，就会发生死锁。

依赖于锁的状态：函数的执行依赖于锁的状态。如果锁已经被其他线程持有，函数就无法继续执行，必须等待锁释放。这种依赖性使得函数在中断后无法安全地再次调用。

不可重入的行为：由于锁的存在，函数在中断后重新进入时可能无法正确处理锁的状态，从而导致不可预期的行为。

概念

可重入 VS 线程安全

Reference