thread_local variables

提出背景:

在C和早期版本的C＋＋[C++98／03]中，编写多线程程序时，线程没有自己的全局变量，这是因为在POSIX线程模型下，线程没有自己的全局变量，所有全局变量只能共享父进程的。当多线程函数越来越复杂，功能越来越多的时候，就必须要将必要的资源不断的通过参数的形式传递到不同的函数中，相当麻烦（当然我承认贸然使用全局变量是个非常冒进且不合规范的行为）。所以在C＋＋11中就提出了thread_local这个变量修饰，用于解决线程没有自己全局变量的问题。

简单示例

#include <iostream>
#include <thread>

thread_local int i = 0;

int func(int val){
    i = val;
    i = i + 2;
    std::cout << i;
}

int func2(){
    std::cout << i;
}

int main(){
    i = 9;
    std::thread t1(func,1);
    std::thread t2(func,2);
    std::thread t3(func,3);
    std::thread t4(func2);

    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();
    t4.join();

    std::cout << i << std::endl;
    return 0;
}

运行输出为34509,30549之类

我们使用thread_local修饰符在全局声明了一个i变量 - i变量将被每个新建线程拷贝并作为其域内的全局变量 - 线程1中的i变量与main中的i变量指向不同地址。 - thread_local修饰后仍然是一个变量，我们依旧能够使用取地址操作者通过引用的方法传递给其他线程修改

如同:

thread_local int i=0;

void thread_func(int*p){
    *p=42;
}

int main(){
    i=9;
    std::thread t(thread_func,&i);
    t.join();
    std::cout<<i<<std::endl;
}

如果没有出错，程序将输出42

议题–类的使用

thread_local 变量在第一次使用时初始化，如果变量(类)没有被使用。此变量(类)将不会被初始化[求证][4]

#include <iostream>
#include <thread>

struct my_class{
    my_class(){
        std::cout<< "initialized" << std::endl;
    }
    ~my_class(){
        std::cout << "deleted" << std::endl;
    }
    int i;
};

thread_local my_class ss;

void do_nothing(){
    
}

int main(){
    std::thread t1(do_nothing);
    t1.join();
}

我编译执行后没有得到任何输出，即main和t1中的ss都没有被初始化。[测试编译器GCC4.9 MinGW32 & Debian X86_64]

杂论

thread-local storage 和 static(或者说global) 存储很类似，每一个线程都将拥有一份这个数据的拷贝，thread_local对象的生命周期从线程开始时开始(对于全局变量)，或者首先分配空间。当线程退出的时候对象析构

支持

• 在GCC4.9上Thread-local storage的支持已经相当完善，thread_local也能好好工作
• VS2013及更前的版本对Thread-local storage的支持尚不完善[2]，但是据说VS2015已经完全支持Thread-local storage，这点待考证

结束语

在通常情况下并不建议使用全局变量，或者说使用全局变量的时候就通常说明你的程序设计得有问题。少用全局变量能够增强你程序(函数)的可重入性。毕竟是用全局变量将可能导致一些难以预见的问题(通常在多线程同步中)，并且难以模块化。所以在程序(函数)设计初期就请人这思考构建方式，做到少用全局变量，多用局部变量。

参考资料

[1]what-does-the-thread-local-mean-in-c11
[2](MSVC)支持 C++11/14/17 功能（现代 C++）