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C/C++ 线程局部存储（TLS）

news 来源：原创 2024/9/20 22:42:27

在C或C++中，线程局部存储（Thread-Local Storage，简称TLS）是一种用于存储线程特有数据的方法。这意味着每个线程都可以访问它自己的变量实例，而不会影响到其他线程中的同名变量。这在多线程程序中非常有用，因为它可以避免对共享数据的竞争和同步开销。

C++11引入了thread_local关键字来简化线程局部存储的使用。在C中，则需要依赖操作系统或编译器提供的特定机制，如GCC的__thread关键字。

C++11中的`thread_local`示例

下面是一个C++11中使用thread_local的简单例子：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>// 定义一个线程局部的整型变量
thread_local int tls_counter = 0;void increment_counter() {tls_counter++; // 每个线程都会独立地增加自己的tls_counterstd::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() << " incremented tls_counter to " << tls_counter << std::endl;
}int main() {std::vector<std::thread> threads;// 创建10个线程for (int i = 0; i < 10; ++i) {threads.emplace_back(increment_counter);}// 等待所有线程完成for (auto& th : threads) {th.join();}return 0;
}

输出：

Thread 140517560022592 incremented tls_counter to 1
Thread 140517551629888 incremented tls_counter to 1
Thread 140517534844480 incremented tls_counter to 1
Thread 140517543237184 incremented tls_counter to 1
Thread 140517409019456 incremented tls_counter to 1
Thread 140517526451776 incremented tls_counter to 1
Thread 140517518059072 incremented tls_counter to 1
Thread 140517438387776 incremented tls_counter to 1
Thread 140517429995072 incremented tls_counter to 1
Thread 140517421602368 incremented tls_counter to 1

在这个例子中，tls_counter是一个线程局部变量，每个线程都会拥有自己的tls_counter实例。因此，尽管所有线程都调用了increment_counter函数，但每个线程都会独立地增加自己的tls_counter，而不会影响到其他线程的tls_counter。

GCC的`__thread`在C中的示例

对于C语言，可以使用GCC的__thread关键字来实现类似的功能：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>// 定义一个线程局部的整型变量
__thread int tls_counter = 0;void* increment_counter(void* arg) {tls_counter++; // 每个线程都会独立地增加自己的tls_counterprintf("Thread %ld incremented tls_counter to %d\n", (long)pthread_self(), tls_counter);return NULL;
}int main() {pthread_t threads[10];// 创建10个线程for (int i = 0; i < 10; ++i) {pthread_create(&threads[i], NULL, increment_counter, NULL);}// 等待所有线程完成for (int i = 0; i < 10; ++i) {pthread_join(threads[i], NULL);}return 0;
}

Thread 127565616375360 incremented tls_counter to 1
Thread 127565599589952 incremented tls_counter to 1
Thread 127565624768064 incremented tls_counter to 1
Thread 127565582804544 incremented tls_counter to 1
Thread 127565607982656 incremented tls_counter to 1
Thread 127565591197248 incremented tls_counter to 1
Thread 127565574411840 incremented tls_counter to 1
Thread 127565477959232 incremented tls_counter to 1
Thread 127565486351936 incremented tls_counter to 1
Thread 127565494744640 incremented tls_counter to 1

这个例子与C++的例子类似，但使用了C的pthread库来创建和管理线程，并使用__thread关键字来声明线程局部变量。

注意，虽然__thread在GCC中非常有用，但它并不是C语言标准的一部分，因此在使用时需要考虑跨平台兼容性问题。