4. 线程本地存储

内线程之间可以共享内存地址空间，线程之间的数据交换可以非常快捷，这是线程最显著的优点。但是多个线程访问共享数据，需要昂贵的同步开销，也容易造成与同步相关的BUG，更麻烦的是有些数据根本就不希望被共享，这又是缺点。可谓：“成也萧何，败也萧何”，说的就是这个道理。

C程序库中的errno是个最典型的一个例子。errno是一个全局变量，会保存最后一个系统调用的错误代码。在单线程环境并不会出现什么问题。但是在多线程环境，由于所有线程都会有可能修改errno，这就很难确定errno代表的到底是哪个系统调用的错误代码了。这就是有名的“非线程安全(Non Thread-Safe)”的。

此外，从现代技术角度看，在很多时候使用多线程的目的并不是为了对共享数据进行并行处理(在Linux下有更好的方案，后面会介绍)。更多是由于多核心CPU技术的引入，为了充分利用CPU资源而进行并行运算(不互相干扰)。换句话说，大多数情况下每个线程只会关心自己的数据而不需要与别人同步。

为了解决这些问题，可以有很多种方案。比如使用不同名称的全局变量。但是像errno这种名称已经固定了的全局变量就没办法了。在前面的内容中提到在线程堆栈中分配局部变量是不在线程间共享的。但是它有一个弊病，就是线程内部的其它函数很难访问到。目前解决这个问题的简便易行的方案是线程本地存储，即Thread Local Storage，简称TLS。利用TLS，errno所反映的就是本线程内最后一个系统调用的错误代码了，也就是线程安全的了。

Linux提供了对TLS的完整支持，通过下面这些接口来实现：

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);

pthread_key_create()接口用于创建一个线程本地存储区。第一个参数用来返回这个存储区的句柄，需要使用一个全局变量保存，以便所有线程都能访问到。第二个参数是线程本地数据的回收函数指针，如果希望自己控制线程本地数据的生命周期，这个参数可以传递NULL。

pthread_key_delete()接口用于回收线程本地存储区。其唯一的参数就要回收的存储区的句柄。

pthread_getspecific()和pthread_setspecific()这个两个接口分别用于获取和设置线程本地存储区的数据。这两个接口在不同的线程下会有不同的结果不同(相同的线程下就会有相同的结果)，这也就是线程本地存储的关键所在。

代码5展示了如何在Linux使用线程本地存储，注意执行结果，分析一下线程本地存储的一些特性,以及内存回收的时机。

#include

#include

#include

#define THREAD_COUNT 10

pthread_key_t g_key;

typedef struct thread_data{

int thread_no;

} thread_data_t;

void show_thread_data()

{

thread_data_t *data = pthread_getspecific( g_key );

printf( "Thread %d \n", data->thread_no );

}

void* thread( void *arg )

{

thread_data_t *data = (thread_data_t *)arg;

printf( "Start thread %d\n", data->thread_no );

pthread_setspecific( g_key, data );

show_thread_data();

printf( "Thread %d exit\n", data->thread_no );

}

void free_thread_data( void *arg )

{

thread_data_t *data = (thread_data_t*)arg;

printf( "Free thread %d data\n", data->thread_no );

free( data );

}

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

{

int i;

pthread_t pth[THREAD_COUNT];

thread_data_t *data = NULL;

pthread_key_create( &g_key, free_thread_data );

for( i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i ) {

data = malloc( sizeof( thread_data_t ) );

data->thread_no = i;

pthread_create( &pth[i], NULL, thread, data );

}

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

pthread_join( pth[i], NULL );

pthread_key_delete( g_key );

return 0;

}

代码5使用线程本地存储