线程私有数据STD

小鱼儿 2022-08-08 11:58 138阅读 0赞

[http://blog.csdn.net/xluren/article/details/8226668][http_blog.csdn.net_xluren_article_details_8226668]

[http://blog.csdn.net/caigen1988/article/details/7901248][http_blog.csdn.net_caigen1988_article_details_7901248]

以下来自：[http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix\_threadapi/part2/][http_www.ibm.com_developerworks_cn_linux_thread_posix_threadapi_part2]

## 概念及作用 ##

在单线程程序中，我们经常要用到"全局变量"以实现多个函数间共享数据。在多线程环境下，由于数据空间是共享的，因此全局变量也为所有线程所共有。但有时应用程序设计中有必要**提供线程私有的全局变量**，仅在某个线程中有效，但却可以跨多个函数访问，比如程序可能需要每个线程维护一个链表，而使用相同的函数操作，最简单的办法就是使用同名而不同变量地址的线程相关数据结构。这样的数据结构可以由Posix线程库维护，称为线程私有数据（Thread-specificData，或TSD）。

为什么要线程私有数据？

原因一：**有时候需要维护基于每个线程的数据**，用线程ID作为索引。因为线程ID不能保证是小而连续的整数，所以不能简单的分配一个线程数据数组，用线程ID作为数组的索引。即使线程ID确实是小而连续的整数，可能还希望有一些额外的保护，以防止某个线程的数据和其它线程的数据相混淆。  
原因二：**可以让基于进程的接口适应多线程环境**，比如errno，线程出现以前errno被定义成进程环境中全局可访问的整数，线程出现以后，为了让线程也能使用那些原本基于进程的系统调用和库例程，errno被重新定义成线程私有数据，这样，一个线程做了设置errno的操作并不会影响到其他线程的errno值。  
（参考APUE）

进程中的所有线程都可以访问进程的整个地址空间，**除非使用寄存器**（一个线程真正拥有的唯一私有存储是处理器寄存器），线程没有办法阻止其它线程访问它的数据，线程私有数据也不例外，但是管理线程私有数据的函数可以提高线程间的数据独立性。

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## 创建和注销 ##

Posix定义了两个API分别用来创建和注销TSD：

int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destr_function) (void *))

该函数从TSD池中分配一项，将其值赋给key供以后访问使用。如果destr\_function不为空，在线程退出（pthread\_exit()）时将以key所关联的数据为参数调用destr\_function()，以释放分配的缓冲区。

**不论哪个线程调用pthread\_key\_create()，所创建的key都是所有线程可访问的，但各个线程可根据自己的需要往key中填入不同的值，这就相当于提供了一个同名而不同值的全局变量**。在LinuxThreads的实现中，TSD池用一个结构数组表示：

static struct pthread_key_struct pthread_keys[PTHREAD_KEYS_MAX] = { { 0, NULL } };

创建一个TSD就相当于将结构数组中的某一项设置为"in\_use"，并将其索引返回给\*key，然后设置destructor函数为destr\_function。

注销一个TSD采用如下API：

int pthread_key_delete(pthread_key_t key)

这个函数并不检查当前是否有线程正使用该TSD，也不会调用清理函数（destr\_function），而只是将TSD释放以供下一次调用pthread\_key\_create()使用。在LinuxThreads中，它还会将与之相关的线程数据项设为NULL（见"访问"）。

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## 访问 ##

TSD的读写都通过专门的Posix Thread函数进行，其API定义如下：

int  pthread_setspecific(pthread_key_t  key,  const   void  *pointer)
    void * pthread_getspecific(pthread_key_t key)

写入（pthread\_setspecific()）时，将pointer的值（不是所指的内容）与key相关联，而相应的读出函数则将与key相关联的数据读出来。数据类型都设为void\*，因此可以指向任何类型的数据。

在LinuxThreads中，使用了一个位于线程描述结构（\_pthread\_descr\_struct）中的二维void\*指针数组来存放与key关联的数据，数组大小由以下几个宏来说明：

#define PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZE       32
    #define PTHREAD_KEY_1STLEVEL_SIZE   \
    ((PTHREAD_KEYS_MAX + PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZE - 1)
    / PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZE)
        其中在/usr/include/bits/local_lim.h中定义了PTHREAD_KEYS_MAX为1024，
        因此一维数组大小为32。而具体存放的位置由key值经过以下计算得到：
    idx1st = key / PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZE
    idx2nd = key % PTHREAD_KEY_2NDLEVEL_SIZE

也就是说，数据存放与一个32×32的稀疏矩阵中。同样，访问的时候也由key值经过类似计算得到数据所在位置索引，再取出其中内容返回。

[回页首][Link 1]

## 使用范例 ##

以下这个例子没有什么实际意义，只是说明如何使用，以及能够使用这一机制达到存储线程私有数据的目的。

#include <stdio.h>
    #include <pthread.h>
    pthread_key_t   key;
    void echomsg(int t)
    {
            printf("destructor excuted in thread %d,param=%d\n",pthread_self(),t);
    }
    void * child1(void *arg)
    {
            int tid=pthread_self();
            printf("thread %d enter\n",tid);
            pthread_setspecific(key,(void *)tid);
            sleep(2);
            printf("thread %d returns %d\n",tid,pthread_getspecific(key));
            sleep(5);
    }
    void * child2(void *arg)
    {
            int tid=pthread_self();
            printf("thread %d enter\n",tid);
            pthread_setspecific(key,(void *)tid);
            sleep(1);
            printf("thread %d returns %d\n",tid,pthread_getspecific(key));
            sleep(5);
    }
    int main(void)
    {
            int tid1,tid2;
            printf("hello\n");
            pthread_key_create(&key,echomsg);
            pthread_create(&tid1,NULL,child1,NULL);
            pthread_create(&tid2,NULL,child2,NULL);
            sleep(10);
            pthread_key_delete(key);
            printf("main thread exit\n");
            return 0;
    }

给例程创建两个线程分别设置同一个线程私有数据为自己的线程ID，为了检验其私有性，程序错开了两个线程私有数据的写入和读出的时间，从程序运行结果可以看出，两个线程对TSD的修改互不干扰。同时，当线程退出时，清理函数会自动执行，参数为tid。

[http_blog.csdn.net_xluren_article_details_8226668]: http://blog.csdn.net/xluren/article/details/8226668
[http_blog.csdn.net_caigen1988_article_details_7901248]: http://blog.csdn.net/caigen1988/article/details/7901248
[http_www.ibm.com_developerworks_cn_linux_thread_posix_threadapi_part2]: http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix_threadapi/part2/
[Link 1]: http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix_threadapi/part2/#ibm-pcon