线程的私有数据

一. 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。现在有一全局变量,所有线程都可以使用它,改变它的值。而如果每个线程希望能单独拥有它,那么就需要使用线程存储了。表面上看起来这是一个全局变量,所有线程都可以使用它,而它的值在每一个线程中又是单独存储的。这就是线程存储的意义。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-specific Data,或TSD)。
具体用法如下:

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。


二. 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")。

三. 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。 

四. 使用范例 
以下这个例子说明如何使用这一机制达到存储线程私有数据的目的。 

  1. #include <stdio.h>   
  2. #include <pthread.h>   
  3.   
  4. pthread_key_t key;   
  5.   
  6. void echomsg(int t)   
  7. {   
  8. printf("destructor excuted in thread %d,param=%d\n",pthread_self(),t);   
  9. }   
  10.   
  11. void * child1(void *arg)   
  12. {   
  13. int tid=pthread_self();   
  14. printf("thread %d enter\n",tid);   
  15. pthread_setspecific(key,(void *)tid);   
  16. sleep(2);   
  17. printf("thread %d returns %d\n",tid,pthread_getspecific(key));   
  18. sleep(5);   
  19. }   
  20.   
  21. void * child2(void *arg)   
  22. {   
  23. int tid=pthread_self();   
  24. printf("thread %d enter\n",tid);   
  25. pthread_setspecific(key,(void *)tid);   
  26. sleep(1);   
  27. printf("thread %d returns %d\n",tid,pthread_getspecific(key));   
  28. sleep(5);   
  29. }   
  30.   
  31. int main(void)   
  32. {   
  33. int tid1,tid2;   
  34.   
  35. printf("hello\n");   
  36. pthread_key_create(&key,echomsg);   
  37. pthread_create(&tid1,NULL,child1,NULL);   
  38. pthread_create(&tid2,NULL,child2,NULL);   
  39. sleep(10);   
  40. pthread_key_delete(key);   
  41. printf("main thread exit\n");   
  42. return 0;   
  43. }   

运行结果如下:

hello
thread 1082350784 enter
thread 1090739264 enter
thread 1090739264 returns 1090739264
thread 1082350784 returns 1082350784
main thread exit

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。

posted on 2015-09-22 15:34  Zoran_i  阅读(442)  评论(0编辑  收藏  举报

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