多线程服务器的常用编程模型.PDF

多线程服务器的常用编程模型 陈硕 (giantchen_AT_gmail) B/Solstice 2009Feb 12 本文主要讲我个人在多线程开发方面的一些粗浅经验。总结了一两种常用的线程模型， 归纳了进程间通讯与线程同步的最佳实践，以期用简单规范的方式开发多线程程序。 文中的“多线程服务器”是指运行在 Linux 操作系统上的独占式网络应用程序。硬件 平台为 Intelx64 系列的多核 CPU，单路或双路 SMP 服务器（每台机器一共拥有四个核或 八个核，十几 GB 内存），机器之间用百兆或千兆以太网连接。这大概是目前民用 PC 服务 器的主流配置。 本文不涉及 Windows 系统，不涉及人机交互界面（无论命令行或图形）；不考虑文件 读写（往磁盘写 log 除外），不考虑数据库操作，不考虑 Web 应用；不考虑低端的单核主 机或嵌入式系统，不考虑手持式设备，不考虑专门的网络设备，不考虑高端的 =32 核 Unix 主机；只考虑 TCP，不考虑 UDP，也不考虑除了局域网络之外的其他数据收发方式（例如 串并口、USB口、数据采集板卡、实时控制等）。 有了以上这么多限制，那么我将要谈的“网络应用程序”的基本功能可以归纳为“收到 数据，算一算，再发出去”。在这个简化了的模型里，似乎看不出用多线程的必要，单线程 应该也能做得很好。“为什么需要写多线程程序”这个问题容易引发口水战，我放到另一篇 博客里讨论。请允许我先假定“多线程编程”这一背景。 “服务器”这个词有时指程序，有时指进程，有时指硬件（无论虚拟的或真实的），请 注意按上下文区分。另外，本文不考虑虚拟化的场景，当我说“两个进程不在同一台机器上”， 指的是逻辑上不在同一个操作系统里运行，虽然物理上可能位于同一机器虚拟出来的两台 “虚拟机”上。 本文假定读者已经有多线程编程的知识与经验，这不是一篇入门教程。 本文承蒙 MiloYip 先生审读，在此深表谢意。当然，文中任何错误责任均在我。 目 录 1 进程与线程2 2 典型的单线程服务器编程模型3 3 典型的多线程服务器的线程模型3 Oneloopperthread4 线程池4 归纳5 4 进程间通信与线程间通信5 5 进程间通信6 6 线程间同步7 互斥器 (mutex)7 1 跑题：非递归的 mutex8 条件变量10 读写锁与其他11 封装 MutexLock、MutexLockGuard 和 Condition11 线程安全的 Singleton 实现14 归纳15 7 总结16 后文预览：Sleep 反模式16 1 进程与线程 “进程/process”是操作里最重要的两个概念之一（另一个是文件），粗略地讲，一个 进程是“内存中正在运行的程序”。本文的进程指的是 Linux 操作系统通过 fork() 系统调 用产生的那个东西，或者 Windows 下 CreateProcess() 的产物，不是 Erlang 里的那种轻 量级进程。 每个进程有自己独立的地址空间 (addressspace)，“在同一个进程”还是“不在同一个 进程”是系统功能划分的重要决策点。Erlang 书把“进程”比喻为“人”，我觉得十分精当， 为我们提供了一个思考的框架。 每个人有自己的记忆 (memory)，人与人通过谈话（消息传递）来交流，谈话既可以是 面谈（同一台服务器），也可以在电话里谈（不同的服务器，有网络通信）。面谈和电话谈的 区别在于，面谈可以立即知道对方死否死了（crash,SIGCHLD），而电话谈只能通过周期性 的心跳来判断对方是否还活着。 有了这些比喻，设计分布式系统时可以采取“角色扮演”，团队里的几个人各自扮演一 个进程，人的角色由进程的代码决定（管登陆的、管消息分发的、管买卖的等等）。每个人 有自己的记忆，但不知道别人的记忆，