c++如何编写线程安全的DLL

DLL有个共同的特点就是都有一个初始化函数，一个资源释放函数，其他几个函数都是核心功能函数。而且这些DLL有时会被多个进程同时调用，这就牵扯到多进程的多线程调用DLL的问题。有点绕口，以下我根据我实践中遇到的问题，分四种情况分享一下我解决此类问题的经验：

1、动态库只有一个导出函数。

这种情况非常少，也是最容易处理的情况。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。

解决办法也很简单，就是尽量用堆栈（stack）来解决问题。由于堆栈的所有人是线程，所以它必然是线程安全的。当然也要注意避免堆栈溢出。

我们都知道，如果要在函数再次调用时保留前一次调用的状态，可以使用静态变量。但如果你要保持函数的线程安全，那么静态变量是不能用的，因为静态变 量是全局的，是属于进程的，也就是属于进程内线程共享的。所以如果确实需要在同一线程中保持函数的状态，相当于在不同次调用间传递参数，可以考虑使用静态 全局线程局部变量，即：
 __declspec( thread ) int tls_i = 1;
 该变量定义就使编译器保证了tls_i是对应于每个线程的，即每个线程都一个tls_i的副本（copy），这样必然就是线程安全的。

2、动态库导出了多个函数，而且多个函数间存在数据传递。

就像前面说的，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。

比如：
我在全局定义了一个变量，用于存储当前线程局部存储的index ID。
__declspec( thread ) int tls_i = 1;
当
调用分配资源的函数时，调用动态TLS函数TlsAlloc，分配一个ID，将其记录在全局的线程安全的tls_i变量，并通过TlsSetValue函
数将数据保存在线程安全的区域；当调用获取资源的函数时，通过TlsGetValue获取资源，处理完成后，调用Tlsfree对TLS
index释放，以便新线程占有。

这样，只要DLL中每个函数保证其局部是线程安全的，函数间传递数据通过TLS（静态和动态），就可以实现整个DLL的线程安全。

3、限制访问DLL中某一函数的线程数目。

有时候，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。

前面3讲了有时候需要对某一函数的访问线程进行限制，而我们知道，DLL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=0;//需要初始化，否则全局变量被放到BSS段中，从而导致共享失败
#pragma data_seg()
#pragma comment(linker,"/SECTION:share, RWS") //如果不加这句，只是单纯的说明他们是放到数据段中，还没有共享
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。