从0实现基于Linux socket聊天室-多线程服务器一个很隐晦的错误-2

根据 《0 基于socket和pthread实现多线程服务器模型》所述，server创建子线程的时候用的是以下代码：

 pconnsocke = (int *) malloc(sizeof(int));
  *pconnsocke = new_fd;
  
  ret = pthread_create(&tid, NULL, rec_func, (void *) pconnsocke);
  if (ret < 0) 
  {
   perror("pthread_create err");
   return -1;
  } 

为什么必须要malloc一块内存专门存放这个新的套接字呢？

要讲清楚这个问题的原因需要一些背景知识：

1. Linux创建一个新进程时，新进程会创建一个主线程；
2. 每个用户进程有自己的地址空间，系统为每个用户进程创建一个task_struct来描述该进程， 实际上task_struct 和地址空间映射表一起用来，表示一个进程；
3. Linux里同样用task_struct来描述一个线程，线程和进程都参与统一的调度；
4. 进程内的不同线程执行是同一程序的不同部分，各个线程并行执行，受操作系统异步调度；
5. 由于进程的地址空间是私有的，因此在进程间上下文切换时，系统开销比较大；
6. 在同一个进程中创建的线程共享该进程的地址空间。

明白这些基础知识后，下面我来看下，当进程创建一个子线程的时候，传递的参数情况：

直接传递栈中内存地址

我们首先分析下如果创建子线程传递的是局部变量new_fd的地址这种情况。

由上图所示：

1. 创建一个线程，如果我们按照图中传递参数方法，那么new_fd是在栈中的，创建子线程的时候我们把new_fd地址传递给了thread1，线程回调参数arg的地址是new_fd地址。

2. 因为主函数会一直循环不退出，所以new_fd一直存在栈中。用这种方法的确可以把new_fd的值3传递到子线程的局部变量fd，这样子线程就可以使用这个fd与客户端通信。

3. 但是因为我们设计的是并发服务器模型，我们没有办法预测客户端什么时候会连接我们的服务器，假设遇到一个极端情况，在同一时刻，多个客户端同时连接服务器，那么主线程是要同时创建多个子线程的。

多个客户端同时连接服务器

如上图所示，所有新建的的thread回调函数的参数arg存放的都是new_fd的地址。如果客户端连接的时候时间间隔比较大，是没有问题的，但是在一些极端的情况下还是有可能出现由于高并发引起的错误。

我们来捋一下极端的调用时序：

第一步：

如上图所示：

1. T1时刻，当客户端1连接服务器的时候，服务器的accept函数会创建新的套接字4；
2. T2时刻，创建了子线程thread1，同时子线程回调函数参数arg指向了栈中new_fd对应的内存。
3. 假设，正在此时，又有一个客户端要连接服务器，而且thread1页已经用尽了时间片，那么主线程server会被调度到。

第二步：

如上图所示：

1. T3时刻，主线程server接受了客户端的连接，accept函数会创建新的套接字5，同时创建子线程thread2，此时OS调度的thread2；
2. T4时刻，thread2通过arg得到new_fd了的值5,并存入fd；
3. T5时刻，时间片到了，调度thread1，thread1通过arg去读取new_fd，此时栈中new_fd的值已经修5覆盖了；
4. 所以出现了2个线程同时使用同一个fd的情况发生。

这种情况的发生，虽然概率很低，但是并不代表不发生，该bug就是一口君在解决实际项目中遇到过的。

传递堆内存地址

如果采用传递堆的地址的方式，我们看下图：

1. T1时刻，当客户端1连接服务器的时候，服务器的accept函数会创建新的套接字4，在堆中申请一块内存，用指针pconnsocke指向该内存，同时将4保存到堆中；
2. T2时刻，创建了子线程thread1，同时子线程回调函数参数arg指向了堆中pconnsocke指向的内存。
3. 假设，正在此时，又有一个客户端要连接服务器，而且thread1页已经用尽了时间片，那么主线程server会被调度到。
4. T3时刻，主线程server接受了客户端的连接，accept函数会创建新的套接字5，在堆中申请一块内存，用指针pconnsocke指向该内存，同时将5保存到堆中，然后创建子线程thread2；
5. T4时刻，thread2通过arg指向了堆中pconnsocke指向的内存，此处值为5,并存入fd；
6. T5时刻，时间片到了，调度thread1，thread1通过arg去读取fd，此时堆中数据位5；
7. 就不会出现了2个线程同时使用同一个fd的情况发生。

这个知识点有点隐蔽，希望读者在使用的时候多加小心。下一章，我们要讲解如何利用我们现有的代码实现登录注册的功能。

 

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