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引言
最近因?yàn)轫?xiàng)目要求用c++，之前一直很討厭c++，沒辦法只能短時(shí)間彌補(bǔ)c++的知識(shí)，項(xiàng)目中需要一個(gè)接口只調(diào)用一次，需要使用到c++的call_once機(jī)制，于是寫一個(gè)小demo來測試，就因?yàn)檫@個(gè)足夠小發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常有意思的問題。
call_once,基本原理
std::call_once 的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)基于兩個(gè)重要的組件：std::once_flag 和 std::invoke。std::once_flag 是一個(gè)標(biāo)志，用于表示某個(gè)函數(shù)是否已經(jīng)被調(diào)用過。而 std::invoke 則負(fù)責(zé)實(shí)際調(diào)用該函數(shù)。
call_once的基本工作原理是：使用 std::once_flag 來標(biāo)記函數(shù)是否被調(diào)用過。當(dāng)有多個(gè)線程試圖調(diào)用 std::call_once 時(shí)，只有一個(gè)線程會(huì)執(zhí)行函數(shù)，其他線程會(huì)被阻塞直至該函數(shù)執(zhí)行完畢。
std::call_once 的使用步驟三步曲：
- 創(chuàng)建 std::once_flag 對象：在需要保證函數(shù)只調(diào)用一次的地方創(chuàng)建一個(gè) std::once_flag 對象。
- 編寫需要執(zhí)行一次的函數(shù)：編寫你想要確保只調(diào)用一次的函數(shù)。
- 調(diào)用 std::call_once：在需要執(zhí)行該函數(shù)的地方調(diào)用 std::call_once 并傳入 std::once_flag 和函數(shù)名稱。
demo問題引入
demo非常簡單，實(shí)現(xiàn)一個(gè)Init函數(shù)進(jìn)行call_once調(diào)用，只調(diào)用一次的函數(shù)Initialize做一次打印處理，main中連續(xù)調(diào)用Init 4次，理論上來說我們執(zhí)行結(jié)果只有一行打印，這也是我們的目的。
#include
#include
#include
#include
std::once_flag flag;
void Initialize()
{
std::cout << "Run into Initialize.." << std::endl;
}
void Init()
{
std::call_once(flag, Initialize);
}
int main(){
Init();
Init();
Init();
Init();
return 0;
} 使用g++編譯，執(zhí)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)了：
拋出了個(gè)異常，從call_once上的理解來說代碼實(shí)現(xiàn)應(yīng)該是沒問題的。于是使用調(diào)試大法gdb，編譯+g后使用gdb調(diào)試發(fā)現(xiàn)了個(gè)有意思的：
使用gdb調(diào)試發(fā)現(xiàn)__gthread_active_ptr指針是0，然后繼續(xù)執(zhí)行發(fā)現(xiàn)___gthread_once返回的__e為0，于是繼續(xù)執(zhí)行if就拋了異常。__gthread_active_ptr這又是什么呢?
深入研究研究
怎么看呢?既然不知道是什么我一般的操作是先看預(yù)處理部分代碼，使用gcc -E參數(shù)來編譯出call_once.i文件。
g++ -E call_once.cpp -o call_once.i打開call_once.i文件我發(fā)現(xiàn)main函數(shù)部分沒有什么特別之處，我們搜索call_once可以看到它的實(shí)現(xiàn)。
這段代碼中的 std::call_once 函數(shù)首先創(chuàng)建了一個(gè)可調(diào)用對象 __callable，這個(gè)對象會(huì)調(diào)用傳入的函數(shù) __f，并傳入 __args 參數(shù)。然后，它將 __callable 的地址存儲(chǔ)到 __once_callable 變量中。
接下來，通過一個(gè) lambda 表達(dá)式將 __callable 的調(diào)用封裝在 __once_call 中，這個(gè) lambda 表達(dá)式會(huì)執(zhí)行 __callable。
最后，使用底層線程庫的 __gthread_once 函數(shù)來確保 __once_call 只會(huì)執(zhí)行一次，即保證傳入的函數(shù) __f 只會(huì)被調(diào)用一次。
如果 __gthread_once 的返回值不為零，表示執(zhí)行出現(xiàn)了錯(cuò)誤，會(huì)通過 __throw_system_error 拋出系統(tǒng)錯(cuò)誤。
既然是if(__e)后拋的異常，我們繼續(xù)看__gthread_once的實(shí)現(xiàn)，搜索__gthread_once關(guān)鍵字，找到其實(shí)現(xiàn)：
11452 static inline int
11453 __gthread_once (__gthread_once_t *__once, void (*__func) (void))
11454 {
11455 if (__gthread_active_p ())
11456 return __gthrw_pthread_once (__once, __func);
11457 else
11458 return -1;
11459 }這個(gè)函數(shù)可以看到執(zhí)行了__gthread_active_p ，我們繼續(xù)找__gthread_active_p 的實(shí)現(xiàn)。
__gthread_active_p 是一個(gè)內(nèi)聯(lián)函數(shù)，返回一個(gè)整數(shù)值。
static void const __gthread_active_ptr 是一個(gè)靜態(tài)指針常量，初始化為 __gthrw___pthread_key_create 函數(shù)的地址。
extension 是一個(gè) GNU C 擴(kuò)展，用于告知編譯器避免對某些表達(dá)式進(jìn)行警告。在此處，它將地址轉(zhuǎn)換為 void類型，以避免類型不匹配的警告。
&__gthrw___pthread_key_create 可能是一個(gè)特定線程庫(如 POSIX 線程庫)內(nèi)部的函數(shù)，用于創(chuàng)建線程特定數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字。
函數(shù)返回 __gthread_active_ptr != 0，即如果該指針非空，則表明線程已激活(從指針命名上猜的)。
所以該函數(shù)用于指示線程是否被激活。不明白?我們繼續(xù)看__gthrw___pthread_key_create的定義。
11405 static __typeof(pthread_key_create) __gthrw___pthread_key_create __attribute__ ((__weakref__("__pthread_key_create")));通過 attribute((weakref("__pthread_key_create")))，將 __gthrw___pthread_key_create 弱引用到 __pthread_key_create。
弱引用是一種機(jī)制，允許在鏈接過程中，如果存在 __pthread_key_create 的定義，則使用它。但如果找不到 __pthread_key_create，則允許 __gthrw___pthread_key_create 仍然存在，只不過它將保持為空或未定義狀態(tài)。
這里大致就明白了，總結(jié)一下，call_once內(nèi)部實(shí)現(xiàn)中要找一個(gè)__pthread_key_create定義，如果不存在則返回空，即我們調(diào)試的時(shí)的指針給了0，從而引起異常。__pthread_key_create函數(shù)很明顯是線程函數(shù)。好，那我們在代碼中加上該函數(shù)調(diào)用試試看。在main開始增加如下：
int main(){
pthread_key_t key;
pthread_key_create(&key, NULL);
Init();編譯運(yùn)行：
達(dá)到預(yù)期效果了!
所以整體分析一下，在 call_once 的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)中，檢測是否支持 __pthread_key_create 可能是為了確保在使用 call_once 進(jìn)行線程同步時(shí)，能夠利用線程特定數(shù)據(jù)鍵來管理狀態(tài)或資源，確保其正確性和性能。如果當(dāng)前環(huán)境不支持 __pthread_key_create，那么在多線程環(huán)境下可能無法有效地管理線程特定的狀態(tài)信息。
因此，檢測是否支持 __pthread_key_create 可能是 call_once 實(shí)現(xiàn)中的一種策略，用于在可能的情況下提供更好的線程安全性和性能。如果當(dāng)前環(huán)境不支持這個(gè)特定的功能，可能會(huì)采用其他方式來實(shí)現(xiàn) call_once，或者簡化其行為以確保程序在這樣的環(huán)境中仍能正確運(yùn)行，盡管可能會(huì)犧牲一些特定的功能或性能。
我嘗試不使用__pthread_key_create，隨便調(diào)用一個(gè)pthread庫的api，比如pthread_create,或者pthread_mutex_init，調(diào)用可以全部傳遞空指針，結(jié)果依然是可以達(dá)到預(yù)期的。所以驗(yàn)證也說明call_once內(nèi)部通過弱引用庫函數(shù)來檢測當(dāng)前是否支持多線程，如果不支持則拋出異常，所以使用前提必須是多線程環(huán)境。
總結(jié)
call_once 的魅力與注意事項(xiàng)：
std::call_once 提供了一種簡單而又強(qiáng)大的多線程同步方式，但在使用時(shí)也需注意一些細(xì)節(jié)。比如一定要確保程序是多線程調(diào)用，如果有多線程自然還要確保線程安全，避免潛在的死鎖和競態(tài)條件問題登。
網(wǎng)站名稱：解開C++之call_once的神秘面紗：記一個(gè)有意思的問題筆記
文章來源：http://www.dlmjj.cn/article/ccioijc.html
