本篇文章中,術語“可重入性”和“線程安全”被用來標記類與函數,以表明它們如何被應用在多線程應用程序中。
一個線程安全的函數可以同時被多個線程調用,甚至調用者會使用共享數據也沒有問題,因為對共享數據的訪問是串行的。
一個可重入函數也可以同時被多個線程調用,但是每個調用者只能使用自己的數據。
因此,一個線程安全的函數總是可重入的,但一個可重入的函數並不一定是線程安全的。
擴展開來,一個可重入的類,指的是它的成員函數可以被多個線程安全地調用,只要每個線程使用這個類的不同的對象。而一個線程安全的類,指的是它的成員函數能夠被多線程安全地調用,即使所有的線程都使用該類的同一個實例也沒有關系。
注意: Qt的一些類被設計為線程安全的,如果它們的目的是多線程。如果一個函數沒有被標記為線程安全的或可重入的,它就不應該被不同的線程使用。如果一個類沒有被標記為線程安全的或可重入的,該類的實例就不應該被多個線程訪問。
C++的類往往是可重入的,這只是因為它們只能訪問自己的數據。任何線程都能訪問一個可重入類實例的一個成員函數,只要同一時間沒有其它線程調用該實例的成員函數。例如,下面的Counter類就是可重入的:
class Counter
{
public:
Counter() { n = 0; }
void increment() { ++n; }
void decrement() { --n; }
int value() const { return n; }
private:
int n;
};
該類不是線程安全的,因為如果多個線程試圖修改數據成員n,則結果是不確定的。這是因為++和–操作都不總是原子性的。事實上,它們一般被展開為3條機器指令:
如果線程A和線程B同時將變量的舊值裝入寄存器,增加寄存器中的值,再寫回內存,它們最終會互相覆蓋,導致變量值僅增加了一次!
顯然,訪問應該是串行的: 線程A必須在無中斷的情況下執行完1.2.3.三個步驟(原子性),然後線程B才能開始執行,反之亦然。一個使類是線程安全的簡單方法就是用一個QMutex來保護數據成員的所有訪問。
class Counter
{
public:
Counter() { n = 0; }
void increment() { QMutexLocker locker(&mutex); ++n; }
void decrement() { QMutexLocker locker(&mutex); --n; }
int value() const { QMutexLocker locker(&mutex); return n; }
private:
mutable QMutex mutex;
int n;
};
QMutexLocker類在其構造函數中自動鎖定mutex,並且當析構函數被調用時解鎖。鎖定mutex保證了其它線程的訪問都將是串行化的。mutex數據成員被聲明為mutable的,這是因為value()是一個const函數,我們需要在其中lock和unlock該mutex。
許多Qt的類都是可重入的,但不是線程安全的,因為線程安全意味著為鎖定與解鎖一個QMutex增加額外的開銷。例如:QString是可重入的,但不是線程安全的。你能夠同時從多個線程訪問不同的QString的實例,但不能同時從多個線程訪問QString的同一個實例(除非用QMutex保護訪問)。
有些Qt的類和函數是線程安全的。它們主要是線程相關類(例如:QMutex)和一些基本函數(例如: QCoreApplication::postEvent())。
注意: 多線程領域中的術語並不是完全標准化的。POSIX使用的可重入和線程安全的定義有些不用於它的C API。當Qt和其它面向對象的C++類庫一起使用時,確保定義的理解。