荒城咒怨,婚礼司仪主持词,经营巫毒餐厅
不少程序员在编写程序的时候，会使用函数内静态(static)变量，既能满足函数内这个变量可以持久的记录某些信息，又使其访问范围的控制局限于函数内。但函数内静态类对象初始化是非线程安全的。
我要评论问题背景在我们产品中对log4cxx做了一些简单的封装 （采用vs2005编译），其中会调用到getwarn这个接口。由于这个函数存在非线程安全的问题，导致程序crash。为了更好的描述问题，博主后面采用一个简单的例子去做分析：为什么这个是非线程安全的。
levelptr level::getwarn() {
static levelptr level(new level(level::warn_int, log4cxx_str("warn"), 4));
return level;
}
例子这里们写了一段样例代码，采用vs2005，为了避免程序被优化，博主采用的是debug模式编译。
class testobject
{
public:
int m_ival;
testobject()
{
m_ival = 4;
}
};
testobject testfunction()
{
static testobject obj;
return obj;
}
以上代码简单来说，就是返回一个testobject的类对象。testfunction中永远返回一个静态对象obj。 那么现在重点来了，你必须知道两点：
1. obj是在函数testfunction第一次被调用的时候才会调用构造函数
2. obj在应用程序启动的时候，obj对象内存中的值都为0。并且这里的obj在初始化的时候（这里可以认为调用构造函数）是非线程安全的。
分析非线程安全要分析这个问题，我们得通过vs的反汇编来查看，我在以下的代码中加了注释来直接解释这个问题。
testobject testfunction()
{
0000000140001800 mov qword ptr [rsp+8],rcx
0000000140001805 push rdi
0000000140001806 sub rsp,30h
000000014000180a mov rdi,rsp
000000014000180d mov rcx,0ch
0000000140001817 mov eax,0cccccccch
000000014000181c rep stos dword ptr [rdi]
000000014000181e mov rcx,qword ptr [rsp+40h]
0000000140001823 mov qword ptr [rsp+20h],0fffffffffffffffeh
static testobject obj;
//===========================
这个地方从内存中读取一个值，可以理解为编译器给程序自动加了一个变量binit(判断obj对象是否初始化了，binit初始值为0)，将binit读取到eax，然后判断为1表示已经初始化，则直接返回对象；如果为0，则按顺序继续执行。
//===========================
000000014000182c mov eax,dword ptr [$s1 (14000f2a4h)]
0000000140001832 and eax,1
0000000140001835 test eax,eax
0000000140001837 jne testfunction+55h (140001855h)
//===========================
将binit值设置为1， 并且调用obj构造函数, 完成对象初始化
//===========================
0000000140001839 mov eax,dword ptr [$s1 (14000f2a4h)]
000000014000183f or eax,1
0000000140001842 mov dword ptr [$s1 (14000f2a4h)],eax
0000000140001848 lea rcx,[obj (14000f2a0h)]
000000014000184f call testobject::testobject (1400011efh)
0000000140001854 nop
return obj;
0000000140001855 mov rax,qword ptr [rsp+40h]
000000014000185a mov ecx,dword ptr [obj (14000f2a0h)]
0000000140001860 mov dword ptr [rax],ecx
0000000140001862 mov rax,qword ptr [rsp+40h]
}
看了以上汇编和解释之后，大家应该能明白这里存在一个race condition。当多个线程，同时调用testfunction这个函数，当线程a执行完0000000140001842 mov dword ptr [$s1 (14000f2a4h)],eax, 线程b刚好进入testfunction执行，以为obj已经初始化了，则直接返回对象，其实这个时候对象内部的m_ival为0， 并非程序员的本意。
c++ 11线程安全博主采用了vs2015 （支持c++ 11）编译了以上的代码，得到如下汇编, 其通过_init_thread_header和_init_thread_footer来保证局部的静态对象的初始化线程安全。具体实现google并没有找到，有兴趣的同学可以汇编跟进去再研究研究。
testobject testfunction()
{
00007ff65f411830 mov qword ptr [rsp+8],rcx
00007ff65f411835 push rbp
00007ff65f411836 push rdi
00007ff65f411837 sub rsp,108h
00007ff65f41183e lea rbp,[rsp+20h]
00007ff65f411843 mov rdi,rsp
00007ff65f411846 mov ecx,42h
00007ff65f41184b mov eax,0cccccccch
00007ff65f411850 rep stos dword ptr [rdi]
00007ff65f411852 mov rcx,qword ptr [rsp+128h]
00007ff65f41185a mov qword ptr [rbp+0c8h],0fffffffffffffffeh
static testobject obj;
00007ff65f411865 mov eax,104h
00007ff65f41186a mov eax,eax
00007ff65f41186c mov ecx,dword ptr [_tls_index (07ff65f41c1e0h)]
00007ff65f411872 mov rdx,qword ptr gs:[58h]
00007ff65f41187b mov rcx,qword ptr [rdx+rcx*8]
00007ff65f41187f mov eax,dword ptr [rax+rcx]
00007ff65f411882 cmp dword ptr [obj+4h (07ff65f41c180h)],eax
00007ff65f411888 jle testfunction+88h (07ff65f4118b8h)
00007ff65f41188a lea rcx,[obj+4h (07ff65f41c180h)]
00007ff65f411891 call _init_thread_header (07ff65f41101eh)
00007ff65f411896 cmp dword ptr [obj+4h (07ff65f41c180h)],0ffffffffh
00007ff65f41189d jne testfunction+88h (07ff65f4118b8h)
00007ff65f41189f lea rcx,[obj (07ff65f41c17ch)]
00007ff65f4118a6 call testobject::testobject (07ff65f411028h)
00007ff65f4118ab nop
00007ff65f4118ac lea rcx,[obj+4h (07ff65f41c180h)]
00007ff65f4118b3 call _init_thread_footer (07ff65f411078h)
return obj;
00007ff65f4118b8 mov rax,qword ptr [rbp+100h]
00007ff65f4118bf mov ecx,dword ptr [obj (07ff65f41c17ch)]
00007ff65f4118c5 mov dword ptr [rax],ecx
00007ff65f4118c7 mov rax,qword ptr [rbp+100h]
}
00007ff65f4118ce lea rsp,[rbp+0e8h]
00007ff65f4118d5 pop rdi
00007ff65f4118d6 pop rbp
00007ff65f4118d7 ret
这个功能在vs2015中默认开启，如果想要禁用这个功能, 可以添加额外的编译选项/zc:threadsafeinit-。
总结在c++ 11之前，尽量避免使用函数内静态对象。 尽量在条件允许的情况下，将编译器升级到支持c++ 11的vs2015或者以上吧。
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