一起来学POSIX thread 之 不变量、临界区、谓词

一起来学POSIX thread 之 不变量、临界区、谓词

1、不变量（invariant）

所谓的不变量是由程序作出的假设，特别是有关变量组间关系的假设。当编写队列包时，你需要为每一个队列指定一个队列头指针，指向队列的第一个元素。每一个数据元素也包含指向下一个元素的指针。重要的并不完全是数据，程序还要依赖于数据之间的关系。例如，队列或者为空，或者包含一个指向队首元素的指针。数据元素包含的指针或者指向下一个队列元素，或者为空（此时该元素为队尾元素）上述关系就是队列包中的不变量。

即使不变量有时是不明显的，也很难遇到一个完全没有不变量的程序。当程序遇到被破坏的不变量时，系统可能会返回错误结果甚至立即失败。例如，当程序试图解除对指向无效数据元素的队列头指针的引用时。

2、临界区（critical section）

多线程程序中多个线程共享数据的代码段。由于大部分程序员习惯于思考程序功能而非程序数据，所以你会发现认识临界区比认识数据不变量更容易。不过，临界区总能够对应到一个数据不变量，反之亦然。例如，你从队列中删除数据时，你可以将删除数据的代码视为临界区，也可以将队列状态视为不变量。采取何种考虑方式将决定你最先的想法。

不变量可能会被破坏，而且会经常被独立的代码段破坏。其中的窍门是要确保在“不可预见”的线程访问被破坏的不变量之前将其修复，这也是异步程序中同步机制的大部分工作。同步机制使你的程序免于访问被破坏的不变量。如果一定要（临时的）破坏某个不变量，你需要锁住一个互斥量；当其他线程需要访问该不变量时，它也要试图锁住同一个互斥量。此时，线程就会一直等待，直到你将互斥量解锁并恢复不变量的值后才能访问不变量。

3、谓词（Predicate）

谓词是描述代码所需不变量的状态的语句。在英语中，谓词可以是如“队列为空”、“资

源可用”之类的陈述。谓词可以是一个布尔变量，也可以是测试指针是否为空的测试结果，还可以是更复杂的表达式（如判断计数器是否大于其下限）。谓词甚至可以是某些函数的返回值，如调用select或poll来判断输入文件是否可用。