Linux下的文件操作，有人喜欢用C库的文件流操作，有人喜欢用Linux的原生的系统调用。一般来说，C库的文件操作会更高效一些，因为C库自己做了文件缓存的处理。今天，主要研究多线程下的fwrite与write，每个线程都对相同的FILE*或者fd进行写操作，看看结果是否为预期行为。
第一种情况：使用C库的fwrite，其线程的实现如下：
第二种情况：使用系统调用write，其线程的实现如下：
下面看主线程的实现：
其中LOOPS定义为1000000。也就是说，线程1~3分别写入"aaaaaa\n"，“bbbbbb\n”，和"cccccc\n"各一百万次。如果写入文件的操作是“线程安全”的，那么最终的文件行数应该是3百万行，且每行只可能是"aaaaaa"、“bbbbbb”、和"cccccc"的一种。
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接下来看测试结果：
1、定义了宏USE_CLIB，即使用C库的fwrite，其结果如下：
2、注释掉红USE_CLIB，即直接使用系统调用write，其结果如下：
从上面的测试结果看，无论是C库的fwrite还是系统调用的write都可以保证输出不会混杂——即多线程的输出不会混在一起，但是使用系统调用write时，最终的文件行数是非预期的，远小于总数3百万行。也就证明了，write系统调用是非“线程安全”的。多线程下，其输出会互相覆盖。而C库的fwrite是线程安全的函数。
为什么结果是这样的？我们先看fwrite的实现：
在fwrite内部，其使用一个lock保证操作的串行化，从而实现线程安全。
而write的实现，见下图：
在写入之前，使用file_pos_read拿到偏移。如果在多核多线程的情况下，两个核心可能同时陷入内核态，同时获得文件的当前偏移，其值必然是相等的。于是两个线程往同一个偏移写入了数据。最后导致文件的实际大小，并不是预期大小。
最后总结：
C库的fwrite是线程安全函数，而系统调用write则需要额外的标志位O_APPEND做追加写，来保证偏移的不重叠，实现预期的并发写入 —— 大家可以通过修改下面的测试代码，在自己的环境中测试。
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
//#define USE_CLIB
#define TEST_FILE "./tmp.txt"
#define LOOPS (1000000)
#ifdef USE_CLIB
struct thr_data {
FILE *fp;
const char *data;
};
static void * write_data(void *data)
{
struct thr_data *d;
size_t len;
int i;
d = data;
len = strlen(d->data);
for (i = 0; i < LOOPS; ++i) {
fwrite(d->data, len, 1, d->fp);
}
return NULL;
}
#else
struct thr_data {
int fd;
const char *data;
};
static void *write_data(void *data)
{
struct thr_data *d;
int i;
size_t len;
d = data;
len = strlen(d->data);
for (i = 0; i < LOOPS; ++i) {
write(d->fd, d->data, len);
}
return NULL;
}
#endif
int main(void)
{
pthread_t t1, t2, t3;
struct thr_data d1, d2, d3;
#ifdef USE_CLIB
FILE *fp = fopen(TEST_FILE, "w");
d1.fp = d2.fp = d3.fp = fp;
#else
//int fd = open(TEST_FILE, O_WRONLY|O_TRUNC);
int fd = open(TEST_FILE, O_WRONLY|O_TRUNC|O_APPEND);
d1.fd = d2.fd = d3.fd = fd;
#endif
d1.data = "aaaaaa\n";
d2.data = "bbbbbb\n";
d3.data = "cccccc\n";
pthread_create(&t1, NULL, write_data, &d1);
pthread_create(&t2, NULL, write_data, &d2);
pthread_create(&t3, NULL, write_data, &d3);
pthread_join(t1, NULL);
pthread_join(t2, NULL);
pthread_join(t3, NULL);
#ifdef USE_CLIB
fclose(fp);
#else
close(fd);
#endif
return 0;
}