本节书摘来自异步社区出版社《C++面向对象高效编程（第2版）》一书中的第章，第2.20节，作者： 【美】Kayshav Dattatri，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
2.20 什么是多线程安全类
C++面向对象高效编程（第2版）
传统上，操作系统（OS）只支持进程（也称为任务）。每个进程都有自己的地址空间，且有一个单独的执行线程，进程执行一个包含一系列指令的程序。但是，现在大多数操作系统都支持单进程中的多线程。一个任务可根据需要包含多个线程，单进程中的所有线程共享进程的地址空间，线程可以访问进程中的所有全局数据。
使用线程有很多优点。首先，创建线程的成本更低（且更效率）。创建一个新进程需要涉及操作系统中的大量工作（设置内存页面、注册、进程上下文等），而线程需要的大多数资源都可以从进程中获得。其次，线程间的通信更加容易。不同的进程位于不同的地址空间中，因此进程之间的通信（IPC）并不容易。但是，在单个进程中，不同的线程共享相同的地址空间，因此线程之间的通信非常容易。另外，在多线程中，可以阻止（block）操作，也可以并行处理操作。操作系统单独调度（schedule）每一个线程。例如，有一个应用程序，允许从一个设备上复制文件到另一个设备上，用户可能要求在中途停止复制操作。如果创建一个仅用于等待用户输入的单独进程，显然很不合理。在这种情况下，创建一个等待用户输入的单独线程更加合适。主应用程序执行复制操作，而辅助线程等待用户输入。如果用户决定终止复制操作，则运行等待用户输入的线程，并通知主应用程序，用户要求中止操作；然后，主应用程序线程中止复制操作。在单个应用程序中使用多线程非常普遍。再举另外一例，文档处理应用程序可以用一个线程打印文档，而另一个线程执行生成索引，同时还有另一个线程用于接收用户提供的文档摘要信息。
任何使用多线程的应用程序都可称为多线程应用程序。涉及多个线程时，同步（synchronization）和互斥(mutual exclusion)尤为重要。当一个线程正在访问某段数据时（例如，打印文档的线程），必须防止其他线程试图访问相同的数据（为了写入）。根据操作系统，实现可以使用互斥体（mutex）、信号量（semaphore）、临界区（crical section）、自旋锁定（spin-lock）、消息、事件等来达到这个目的。例如，文档中的每一页都由一个互斥体来保护，只允许一个线程访问该页。无论用何种访问控制的方案，实现必须确保不会发生死锁（deadlock）情况。
应用程序（或系统）在多线程运行的环境中正常运行称为多线程安全（multi-thread safe）。确保多线程安全并不容易，实现必须使用之前提及的某种同步方案来实现互斥。
我们在这里讨论的并不是新内容，只有在涉及多进程时，同步才是个问题。不管怎样，一个进程不能访问另一个进程地址空间内的内容，这使得同步稍微容易一些。但是，进程中的线程共享进程所拥有的资源。因此，确保适当的同步非常重要。例如，在文档处理的应用程序中，如果打印线程已锁定页面，索引线程在访问相同页面之前必须等待，直到打印线程解锁页面。
在使用引用计数（reference counting）（也称为使用计数（use count））方案的情况下，多线程安全非常关键。引用计数方案将在后续章节中讨论。修改引用计数必须是一个线程安全的操作。
在多线程环境中使用对象时，多线程安全更加重要。如果不能确保多线程安全，可能会导致灾难。一个进程内的两个线程可以使用相同的对象。记住，所有对象都共享成员函数代码。当一个线程调用一个成员函数，在成员函数内部完成执行之前，如果（操作系统）调度（schedule）另一个线程运行，且该线程也通过相同的对象调用相同的成员函数，则对象必须保证自身完整和运行良好。如果对象不能做到这一点，这样的类就不是线程安全（thread-safe）的。当然，如果一个类（成员函数和数据成员）没有任何线程安全的特殊要求，维持线程安全就完全不成问题。
在设计新的类时，注意多线程安全非常重要。如果类的对象即使在多线程环境下都能保持完整，必须在类的文档中予以说明。另一方面，如果类的对象不保证多线程安全，也要在类的头文件和文档中清楚地说明其局限性。不要误认为设计的每个类都必须保证多线程安全，事实并非如此。是否需要线程安全取决于类和客户的要求。还需记住，X类如果使用其他类作为它实现的一部分，为保证X类为线程安全，有必要保证它使用的其他类都为线程安全。或者，即使它所依赖的其他类非线程安全，至少必须保证X类线程安全（这更加困难）。为达到线程安全，下面列举了一些指导原则：
（1）如果类声明为线程安全，确保每个成员函数实现也是线程安全的。
（2）如果类在实现中使用其他的类（对象），确保仍然能保证线程安全。
（3）如果使用一些类库来实现类，确保正在使用的库函数是线程安全的。
（4）如果正在使用操作系统调用，检查以确保这些调用都是线程安全的。
（5）当使用编译器提供的库时，检查它们是否都是线程安全的。
许多库的供应商提供辅助类，用于帮助达到线程安全。例如，查看提供线程安全引用计数的类十分常见。如果你的项目需要线程安全，它可能会帮助实现一组确保线程安全的低级类。这样的类可以提供引用计数、线程安全指针、线程安全打印实用程序等。如果整个项目小组都在各自的实现中使用这些类，就能保证整个项目的线程安全。
