线程 TLS 学习总结

我一直坚信，每一种技术的产生都不是为了炫技，而是为了解决具体的问题
TLS为什么产生呢？是软件开发中的什么问题呢？

TLS 产生背景

进程中的全局变量与函数内定义的静态(static)变量，是各个线程都可以访问的共享变量。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。

windows和Linux平台下的TLS函数api
linux:

　　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);

Windows平台：
每个线程创建时系统给它分配一个LPVOID指针的数组（叫做TLS数组），这个数组从C编程角度是隐藏着的不能直接访问，需要通过一些C API函数调用访问。
首先定义DWORD线程全局变量或函数静态变量,作为线程A访问自己的TLS数组的索引变量。以EasyDarwin中TLS相关代码为例子：

第一步：在线程内调用TlsAlloc()函数，为一个TLS数组索引变量与这个线程的TLS数组的某个槽(slot）关联起来，例如获得一个索引变量：
OSThread::Initialize()中的sThreadStorageIndex = ::TlsAlloc();
sThreadStorageIndex是DWORD类型变量.

第二步，为当前线程动态分配一块内存区域，然后把指向这块内存区域的指针放入TLS数组相应的槽中(使用TlsSetValue()函数调用)。
OSThread::_Entry()函数中TlsSetValue代码：
BOOL theErr = ::TlsSetValue(sThreadStorageIndex, theThread);
theThread是外部传递的函数实参。

第三步，在当前线程的任何函数内，都可以通过TLS数组的索引变量，使用TlsGetValue()函数得到上一步的那块内存区域的指针，然后就可以进行内存区域的读写操作了。这就实现了在一个线程内部这个范围处处可访问的变量。

OSThread*   OSThread::GetCurrent()
{
#ifdef __Win32__
    return (OSThread *)::TlsGetValue(sThreadStorageIndex);
#elif __PTHREADS__
    return (OSThread *)pthread_getspecific(OSThread::gMainKey);
#else
    return (OSThread*)cthread_data(cthread_self());
#endif
}

第四步，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，然后从TLS数组中放弃对应的槽(使用TlsFree()函数）。

下面是TLS示例代码Demo

#include <stdio.h> // 03UseTLS工程下

#include <windows.h> 

#include <process.h>

// 利用TLS跟踪线程的运行时间

DWORD g_tlsUsedTime;

void InitStartTime();

DWORD GetUsedTime();

UINT __stdcall ThreadFunc(LPVOID)

{       int i;

         // 初始化开始时间

         InitStartTime();

         // 模拟长时间工作

         i = 10000*10000;

         while(i--){}

         // 打印出本线程运行的时间

         printf(" This thread is coming to end. Thread ID: %-5d, Used Time: %d \n",

                                                                                                       ::GetCurrentThreadId(), GetUsedTime());

         return 0;

}

int main(int argc, char* argv[])

{       UINT uId;

         int i;

         HANDLE h[10];

         // 通过在进程位数组中申请一个索引，初始化线程运行时间记录系统

         g_tlsUsedTime = ::TlsAlloc();

         // 令十个线程同时运行，并等待它们各自的输出结果

         for(i=0; i<10; i++)

         {       h[i] = (HANDLE)::_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0, &uId);         }

         for(i=0; i<10; i++)

         {       ::WaitForSingleObject(h[i], INFINITE);

                   ::CloseHandle(h[i]);      }

         // 通过释放线程局部存储索引，释放时间记录系统占用的资源

         ::TlsFree(g_tlsUsedTime);

         return 0;

}

// 初始化线程的开始时间

void InitStartTime()

{       // 获得当前时间，将线程的创建时间与线程对象相关联

         DWORD dwStart = ::GetTickCount();

         ::TlsSetValue(g_tlsUsedTime, (LPVOID)dwStart);

}

// 取得一个线程已经运行的时间

DWORD GetUsedTime()

{       // 获得当前时间，返回当前时间和线程创建时间的差值

         DWORD dwElapsed = ::GetTickCount();

         dwElapsed = dwElapsed - (DWORD)::TlsGetValue(g_tlsUsedTime);

         return dwElapsed;

}

实践出真知，多实践多磨砺自己。哈哈

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