可重入
若一個程式或子程式可以「在任意時刻被中斷然後作業系統調度執行另一段程式碼，這段程式碼又使用了該副程式不會出錯」，則稱其為可重入（reentrant 或 re-entrant）的。即當該副程式正在運作時，執行線程可以再次進入並執行它，仍然可得到符合設計時所預期的結果。與多線程併發執行的線程安全不同，可重入強調對單一線程執行時重新進入同一個子程式仍然是安全的。
可重入概念是在單線程作業系統的時代提出的。一個子程式的重入，可能由於自身原因，如執行了jmp或者call，類似於子程式的遞歸呼叫；或者由於作業系統的中斷回應。UNIX系統的signal的處理，即子程式被中斷處理程式或者signal處理程式呼叫。所以，可重入也可稱作「非同步訊號安全」。這裏的非同步是指訊號中斷可發生在任意時刻。 重入的子程式，按照後進先出線性序依次執行。
若一個函數是可重入的，則該函數應當滿足下述條件：
- 不能含有靜態（全域）非常數數據。
- 不能返回靜態（全域）非常數數據的地址。
- 只能處理由呼叫者提供的數據。
- 不能依賴於單例模式資源的鎖。
- 呼叫（call）的函數也必需是可重入的。
上述條件就是要求可重入函數使用的所有變數都儲存在呼叫堆疊的目前函數棧（frame）上，因此同一執行線程重入執行該函數時載入了新的函數幀，與前一次執行該函數時使用的函數幀不衝突、不互相覆蓋，從而保證了可重入執行安全。
多「用戶/對象/行程優先級」以及多元處理（Multiple processes），一般會使得對可重入代碼的控制變得複雜。同時，IO代碼通常不是可重入的，因為他們依賴於像磁碟這樣共用的、單獨的（類似編程中的靜態、全域）資源。
可重入性是函數式程式設計的關鍵特性之一。
例子
[編輯]在以下的C語言代碼中，函數f和函數g都不是可重入的。
int g_var = 1;
int f()
{
g_var = g_var + 2;
return g_var;
}
int g()
{
return f() + 2;
}
以上代碼中，f使用了全域變數 g_var，所以，如果兩個線程同時執行它並訪問g_var，則返回的結果取決於執行的時間。因此，f不可重入。而g呼叫了f，所以它也不可重入。
稍作修改後，兩個函數都是可重入的：
int f(int i)
{
return i + 2;
}
int g(int i)
{
return f(i) + 2;
}
與線程安全的關係
[編輯]可重入與線程安全兩個概念都關係到函數處理資源的方式。但是，他們有重大區別
- 可重入概念會影響函數的外部介面，而線程安全只關心函數的實現。
- 大多數情況下，要將不可重入函數改為可重入的，需要修改函數介面，使得所有的數據都通過函數的呼叫者提供。
- 要將非線程安全的函數改為線程安全的，則只需要修改函數的實現部分。一般通過加入同步機制以保護共用的資源，使之不會被幾個線程同時訪問。
- 作業系統背景與CPU排程策略：
- 可重入是在單線程作業系統背景下，重入的函數或者子程式，按照後進先出的線性序依次執行完畢。
- 多線程執行的函數或子程式，各個線程的執行時機是由作業系統排程，不可預期的，但是該函數的每個執行線程都會不時的獲得CPU的時間片，不斷向前推進執行進度。
- 可重入函數未必是線程安全的；線程安全函數未必是可重入的。
- 例如，一個函數打開某個檔案並讀入數據。這個函數是可重入的，因為它的多個實例同時執行不會造成衝突；但它不是線程安全的，因為在它讀入檔案時可能有別的線程正在修改該檔案，為了線程安全必須對檔案加「同步鎖」。
- 另一個例子，函數在它的函數體內部訪問共用資源使用了加鎖、解鎖操作，所以它是線程安全的，但是卻不可重入。因為若該函數一個實例執行到已經執行加鎖但未執行解鎖時被停下來，系統又啟動該函數的另外一個實例，則新的實例在加鎖處將轉入等待。如果該函數是一個中斷處理服務，在中斷處理時又發生新的中斷將導致資源死結。
fprintf函數就是線程安全但不可重入。
下述例子，是線程安全的，但不是可重入的。
int function()
{
mutex_lock();
...
function body
...
mutex_unlock();
}
多線程執行時，獲得了互斥鎖的線程總能獲得CPU時間片，向前推進執行進度，最終解開互斥鎖，使得別的線程也能獲得互斥鎖進入臨界區。但是，如果在單線程背景下第一次執行該函數時已經獲得互斥鎖進入臨界區，這時該函數被重入執行，這將在重新申請互斥鎖時被餓死(starvation)，因為獲得了互斥鎖的該函數的第一次執行將永遠沒有機會再獲得CPU時間片。
參見
[編輯]外部連結
[編輯]- Article "Use reentrant functions for safer signal handling" by Dipak K Jha
- "Writing Reentrant and Thread-Safe Code," from AIX Version 4.3 General Programming Concepts: Writing and Debugging Programs, 2nd edition, 1999.