线程局部存储

计算机术语

英文为Thread Local Storage，缩写为TLS。为什么要有TLS？原因在于，全局变量与函数内定义的静态变量，是各个线程都可以访问的共享变量。

信息介绍

在一个线程修改的内存内容，对所有线程都生效。这是一个优点也是一个缺点。说它是优点，线程的数据交换变得非常快捷。说它是缺点，一个线程死掉了，其它线程也性命不保; 多个线程访问共享数据，需要昂贵的同步开销，也容易造成同步相关的BUG。

如果需要在一个线程内部的各个函数调用都能访问、但其它线程不能访问的变量（被称为static memory local to a thread 线程局部静态变量），就需要新的机制来实现。这就是TLS。

线程局部存储在不同的平台有不同的实现，可移植性不太好。幸好要实现线程局部存储并不难，最简单的办法就是建立一个全局表，通过当前线程ID去查询相应的数据，因为各个线程的ID不同，查到的数据自然也不同了。但Windows系统采用了每个线程建线程专享的索引表，表的条目为线程局部存储的地址。在线程执行的任何代码处，都可以查询本线程的这个索引表获得要访问的线程局部存储的地址。

大多数平台都提供了线程局部存储的方法，无需要我们自己去实现：

实现

linux

实现

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

int pthread_key_delete(pthread_key_t key);

void *pthread_getspecific(pthread_key_t key);

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

Win32

实现

方法

方法一

(Kernel32 API)

每个线程创建时系统给它分配一个LPVOID 指针的数组（叫做TLS索引数组），这个数组从C编程角度是隐藏着的不能直接访问(实际上该数组地址写入了线程信息块 thread information block，缩写TIB或TEB)，需要通过一些Kernel32 API函数调用访问。在进程内部创建、并发执行的各个线程，可以看作是执行相同动作（代码是一样的），但输入的数据不同，所以输出的结果数据也不同。因此各个线程使用的数据结构是相同的，只是有些变量是被所有的线程共享访问，为进程全局变量；另外一些变量是由每个线程独享访问，即线程局部存储。而每个线程局部存储的地址需要存入该线程的TLS索引数组。

举例说明：设每个线程都要使用线程私有的一个浮点型变量fvalue与一个长度为512个字节的缓冲区buf。需要在启动这些线程前，在主进程中先为fvalue与buf两个线程局部存储变量在TLS索引数组申请两个条目，假设为fvalue申请到第3号条目，为buf申请到第5号条目。也就是说，在任何一个线程内访问该线程私有的fvalue，需要查询该线程自己的TLS索引数组，其第3号条目存放的就是fvalue的地址。当然，启动各个线程后还需要为线程私有的fvalue与buf从堆中申请到存储空间，然后把fvalue与buf的地址登记入该线程的TLS索引数组的对应的第3号、第5号条目中，之后才能在该线程各处使用线程私有的fvalue与buf。

第一步，在主进程内调用TlsAlloc()函数，从将要启动的每个线程的TLS索引数组中预定一个条目(slot），并返回该条目的序号：

DWORD global_dwTLS_fvalue = TLSAlloc();

注意，此步之后，变量( global_dwTLS_fvalue )保存的是分配得到的TLS 索引数组的某个条目的序号，例如值为3。编程者在写这个程序代码时规定了这个变量( global_dwTLS_fvalue )保存了线程局部存储fvalue在每个线程的TLS索引数组的对应条目的序号。变量( global_dwTLS_fvalue )是普通的全局变量，各个线程随后只需要读取它的值。类似的，另外一个线程局部存储buf变量也需要定义一个变量( global_dwTLS_buf )并用TLSAlloc()初始化。

第二步，在每个进程执行的一开头，从堆中动态分配一块内存区域（使用LocalAlloc()函数调用）

void* p_fvalue = LocalAlloc(LPTR，sizeof(float));

然后使用TlsSetValue()函数调用，把这块内存区域的地址存入TLS索引数组相应的条目中：

TlsSetValue( global_dwTLS_fvalue, p_fvalue);

第三步，在每个线程的任意执行位置，都可以通过该线程私有的TLS索引数组的相应条目，使用TlsGetValue()函数得到上一步的那块内存区域的地址，然后就可以对该内存区域做读写操作了。这就实现了在一个线程内部处处可访问的线程局部存储。

LPVOID lpvData = TlsGetValue(global_dwTLS_fvalue);

*lpvData = (float) 3.1416; //应用该线程局部存储

最后，如果不再需要上述线程局部静态变量，要动态释放掉这块内存区域(使用LocalFree()函数)，这一般在线程即将结束时清理线程占用的各项资源时释放。然后，主进程从TLS索引数组中放弃对应的条目的占用(使用TlsFree()函数）。

LocalFree((HLOCAL) p_fvalue );

TlsFree(global_dwTLS_fvalue);

方法二

直接声明这个变量是各个线程有自己拷贝的线程局部静态变量：