线程本地存储(Windows和Linux)

一、线程本地存储(Windows, Thread Local Storage)

    TLS 是一个机制，经过它，程序可以拥有全局变量，但处于“每一线程各不相同”的状态。也就是说，进程中的所有线程都可以拥有全局变量，但这些变量其实是特定对某个线程才有意义，各个线程拥有全局变量的一个副本，各自之间不相影响。就是这么一个意思，比如我定义了一个全局变量  int a=10，那么我在线程1中对a进行操作a=a-1，如果我没用TLS，那么线程2开始获得的a就是9。而如果采取了TLS，不管线程1中对a进行了如何的修改操作，其他的线程一开始获得的a还是10，不会修改。这个全局的变量a是没有存储在线程堆栈中的，是在全局的堆栈中，但是却被各个线程“共享”且互不影响
    TLS的4个 API: TlsAlloc、TlsGetValue、TlsSetValue 和 TlsFree。

    使用了TLS后，当有新的线程对象诞生，系统就会给该线程分配一个区块，TLS中每一个线程的限制是64的DWORD。也就是你在各个线程之间最多“共享”64个全局DWORD的值，不过，这也是绝对够用了。

      一旦线程结束，程序代码就释放所有配置来的区块。我们可以从结构TDB中看到，每一个 thread database 都有64 个DWORDs 给TLS 使用。当你以TLS 函式设定或取出数据，事实上你真正面对的就是那 64 DWORDs。KERNEL32 使用两个DWORDs（总共64 个位）队列来记录哪一个DWORD 是可用的、哪一个DWORD已经被用。这两个DWORDs 可想象成为两个DWORD数组，合起来供64 位。
（1）TlsAlloc  

     上面我们说过了 KERNEL32 使用两个DWORDs（总共64 个位）来记录哪一个DWORD是可用的、哪一个DWORD 已经被用。当你需要使用一个 TLS slot 的时候，你就可以用这个函数将相应的TLS slot位置１。 
（2）TlsSetValue  
      TlsSetValue 可以把数据放入先前配置到的TLS slot 中。两个参数分别是TLS slot 索引值以及欲写入的数据内容。TlsSetValue 就把你指定的数据放入64 DWORDs 所组成

的数组（位于目前的thread database）的适当位置中。  
（3）TlsGetValue  

      这个函数几乎是TlsSetValue 的一面镜子，最大的差异是它取出数据而非设定数据。和TlsSetValue 一样，这个函数也是先检查TLS 索引值合法与否。如果是，TlsGetValue就使用这个索引值找到64 DWORDs 数组（位于 thread database 中）的对应数据项，并将其内容传回。  
（4）TlsFree  

      这个函数将 TlsAlloc 和TlsSetValue 的努力全部抹消掉。TlsFree 先检验你交给它的索引值是否的确被配置过。如果是，它将对应的64 位 TLS slots 位关闭。然后，为了避免那个已经不再合法的内容被使用，TlsFree 巡访进程中的每一个线程，把0 放到刚刚被释放的那个 TLS slot 上头。于是呢，如果有某个TLS 索引后来又被重新配置，所有用到该索引的线程就保证会取回一个0 值，除非它们再调用TlsSetValue。

二、线程本地存储(Linux, Thread Specific Data)

下面说一下线程存储的具体用法。

（1）创建一个类型为 pthread_key_t 类型的变量。

（2）调用 pthread_key_create() 来创建该变量。该函数有两个参数，第一个参数就是上面声明的 pthread_key_t 变量，第二个参数是一个清理函数，用来在线程释放该线程存储的时候被调用。该函数指针可以设成 NULL ，这样系统将调用默认的清理函数。

（3）当线程中需要存储特殊值的时候，可以调用 pthread_setspcific() 。该函数有两个参数，第一个为前面声明的 pthread_key_t 变量，第二个为 void* 变量，这样你可以存储任何类型的值。
（4）如果需要取出所存储的值，调用 pthread_getspecific() 。该函数的参数为前面提到的 pthread_key_t 变量，该函数返回 void * 类型的值。

下面是前面提到的函数的原型：

int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value);

void *pthread_getspecific(pthread_key_t key);

int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void*));

三、MSDN上的一个例子《Using Thread Local Storage》

#include <windows.h> #include <stdio.h> #define THREADCOUNT 4 DWORD dwTlsIndex; VOID ErrorExit(LPSTR); VOID CommonFunc(VOID) { LPVOID lpvData; // Retrieve a data pointer for the current thread. lpvData = TlsGetValue(dwTlsIndex); if ((lpvData == 0) && (GetLastError() != ERROR_SUCCESS)) ErrorExit("TlsGetValue error"); // Use the data stored for the current thread. printf("common: thread %d: lpvData=%lx/n", GetCurrentThreadId(), lpvData); Sleep(5000); } DWORD WINAPI ThreadFunc(VOID) { LPVOID lpvData; // Initialize the TLS index for this thread. lpvData = (LPVOID) LocalAlloc(LPTR, 256); if (! TlsSetValue(dwTlsIndex, lpvData)) ErrorExit("TlsSetValue error"); printf("thread %d: lpvData=%lx/n", GetCurrentThreadId(), lpvData); CommonFunc(); // Release the dynamic memory before the thread returns. lpvData = TlsGetValue(dwTlsIndex); if (lpvData != 0) LocalFree((HLOCAL) lpvData); return 0; } int main(VOID) { DWORD IDThread; HANDLE hThread[THREADCOUNT]; int i; // Allocate a TLS index. if ((dwTlsIndex = TlsAlloc()) == TLS_OUT_OF_INDEXES) ErrorExit("TlsAlloc failed"); // Create multiple threads. for (i = 0; i < THREADCOUNT; i++) { hThread[i] = CreateThread(NULL, // default security attributes 0, // use default stack size (LPTHREAD_START_ROUTINE) ThreadFunc, // thread function NULL, // no thread function argument 0, // use default creation flags &IDThread); // returns thread identifier // Check the return value for success. if (hThread[i] == NULL) ErrorExit("CreateThread error/n"); } for (i = 0; i < THREADCOUNT; i++) WaitForSingleObject(hThread[i], INFINITE); TlsFree(dwTlsIndex); return 0; } VOID ErrorExit (LPSTR lpszMessage) { fprintf(stderr, "%s/n", lpszMessage); ExitProcess(0); }
四、MAN上的一个例子《Using Thread Specific Data》

#include <malloc.h>#include <pthread.h>#include <stdio.h>/* The key used to associate a log file pointer with each thread. */static pthread_key_t thread_log_key;/* Write MESSAGE to the log file for the current thread. */void write_to_thread_log (const char* message){FILE* thread_log = (FILE*) pthread_getspecific (thread_log_key);fprintf (thread_log, “%s/n”, message);}/* Close the log file pointer THREAD_LOG. */void close_thread_log (void* thread_log){fclose ((FILE*) thread_log);}void* thread_function (void* args){char thread_log_filename[20];FILE* thread_log;/* Generate the filename for this thread’s log file. */sprintf (thread_log_filename, “thread%d.log”, (int) pthread_self ());/* Open the log file. */thread_log = fopen (thread_log_filename, “w”);/* Store the file pointer in thread-specific data under thread_log_key. */pthread_setspecific (thread_log_key, thread_log);write_to_thread_log (“Thread starting.”);/* Do work here... */return NULL;}int main (){int i;pthread_t threads[5];/* Create a key to associate thread log file pointers inthread-specific data. Use close_thread_log to clean up the filepointers. */pthread_key_create (&thread_log_key, close_thread_log);/* Create threads to do the work. */for (i = 0; i < 5; ++i)pthread_create (&(threads[i]), NULL, thread_function, NULL);/* Wait for all threads to finish. */for (i = 0; i < 5; ++i)pthread_join (threads[i], NULL);return 0;}

参考1

参考2