在 Linux 上，C 中的 stdout 线程安全吗？

问题描述：

在 Linux 上使用线程安全写入 stdout 是否printf安全？那么使用低级write命令呢？

解决方案 1：

C 标准并未对此进行指定 - 这取决于您对 C 标准库的实现。事实上，C 标准根本没有提及线程，因为某些系统（例如嵌入式系统）没有多线程。

在 GNU 实现 ( glibc) 中，stdio 中处理对象的大多数高级函数FILE*都是线程安全的。那些通常不带 的unlocked函数名称（例如getc_unlocked(3)）。但是，线程安全性处于每个函数调用级别：例如printf(3)，如果您多次调用 ，则保证每个调用都以原子方式输出，但其他线程可能会在您调用 之间打印出一些内容printf()。如果要确保一系列 I/O 调用以原子方式输出，则可以用一对调用来包围它们flockfile(3)/funlockfile(3)以锁定FILE句柄。请注意，这些函数是可重入的，因此您可以在它们之间安全地调用，并且即使它们本身调用 ，printf()也不会导致死锁。printf()`flockfile()`

诸如此类的低级 I/O 调用write(2)应该是线程安全的，但我对此并不 100% 确定 -write()系统调用进入内核来执行 I/O。具体如何实现取决于您使用的内核。它可能是指令sysenter，也可能int是旧系统上的（中断）指令。一旦进入内核，就由内核来确保 I/O 是线程安全的。在我刚刚对 Darwin 内核版本 8.11.1 进行的测试中，它write(2)似乎是线程安全的。

解决方案 2：

是否将其称为“线程安全”取决于您对线程安全的定义。POSIX 要求stdio函数使用锁定，因此FILE如果您printf同时从多个线程使用，您的程序不会崩溃、破坏对象状态等。但是，所有stdio操作都是根据对fgetc和的重复调用正式指定的fputc，因此无法保证更大规模的原子性。也就是说，如果线程 1 和 2 尝试同时打印`"Hello
"和，则不能保证输出是或。它也可能是。实际上，大多数实现将为整个更高级别的写入调用获取单个锁定，仅仅是因为它更有效率，但您的程序不应这样假设。可能存在不这样做的极端情况；例如，实现可能完全省略对无缓冲流的锁定。"Goodbye
"``"Hello
Goodbye
"``"Goodbye
Hello
"``"HGelolodboy
e
"`

编辑：上面关于原子性的文字不正确。POSIX 保证所有stdio操作都是原子的，但该保证隐藏在以下文档中flockfile：http ://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/flockfile.html

所有引用（FILE ）对象的函数应表现得好像它们内部使用 flockfile() 和 funlockfile() 来获取这些（FILE ）对象的所有权。

您可以自己使用flockfile、ftrylockfile和funlockfile函数来实现大于单函数调用的原子写入。

解决方案 3：

它们都是线程安全的，因此如果多个线程在同一文件描述符上调用它们，您的应用程序不会崩溃。但是，如果没有应用程序级锁定，写入的任何内容都可能交错。

解决方案 4：

自从提出（并最后回答）这个问题以来，C 有了一个新的标准。

C11 现在具有多线程支持，并解决了流的多线程行为：

§7.21.2 流

¶7每个流都有一个关联的锁，用于防止多个执行线程访问流时的数据争用，并限制多个线程执行的流操作的交错。一次只有一个线程可以持有此锁。锁是可重入的：单个线程可以在给定时间内多次持有锁。

¶8所有读取、写入、定位或查询流位置的函数在访问流之前都会锁定该流。访问完成后，它们会释放与流关联的锁。

因此，使用 C11 线程的实现必须保证使用printf是线程安全的。

乍一看，我并不清楚原子性（如无交错1 ）是否可以得到保证，因为标准谈到了限制交错，而不是防止交错，这是数据争用所要求的。

我倾向于保证这一点。标准提到限制交错，因为一些不会改变结果的交错仍然允许发生；例如， fwrite一些字节，fseek向后一些，fwrite直到原始偏移量，这样两个fwrite都是背对背的。实现可以自由地重新排序这两个fwrite并将它们合并为一个写入。

1 ：请参阅R.. 答案中的删除线文字作为示例。

解决方案 5：

它是线程安全的；printf 应该是可重入的，并且不会在您的程序中造成任何奇怪或损坏。

您无法保证一个线程的输出不会在另一个线程的输出中途启动。如果您关心这一点，则需要开发自己的锁定输出代码以防止多次访问。