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。但有时
应用程序设计中有必要提供线程私有的全局变量,仅在某个线程中有效,但却可以跨多个函数访问,比如程序可能需要每个线程维护一个链表,而使用相同的函数操
作,最简单的办法就是使用同名而不同变量地址的线程相关数据结构。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)。
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")。
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。
以下这个例子没有什么实际意义,只是说明如何使用,以及能够使用这一机制达到存储线程私有数据的目的。
- #include <stdio.h>
- #include <pthread.h>
- #include <unistd.h>
- pthread_key_t key;
- void echomsg(int t)
- {
- printf("destructor excuted in thread %d,param=%d\n", pthread_self(), t);
- }
- void * child1(void *arg)
- {
- int tid = pthread_self();
- printf("thread1 %d enter\n", tid);
- /*int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *pointer);*/
- pthread_setspecific(key, (void *)tid);
- sleep(2);
- /*void * pthread_getspecific(pthread_key_t key);*/
- printf("thread1 %d returns %d\n", tid, pthread_getspecific(key));
- sleep(5);
- }
- void * child2(void *arg)
- {
- int tid = pthread_self();
- printf("thread2 %d enter\n", tid);
- pthread_setspecific(key, (void *)tid);
- sleep(1);
- printf("thread2 %d returns %d\n", tid, pthread_getspecific(key));
- sleep(5);
- }
- int main(int argc, char *argv[])
- {
- int tid1, tid2;
- printf("hello\n");
- /*int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destr_function) (void *));*/
- pthread_key_create(&key, echomsg);
- pthread_create(&tid1, NULL, child1, NULL);
- pthread_create(&tid2, NULL, child2, NULL);
- sleep(10);
-
- /*int pthread_key_delete(pthread_key_t key);*/
- pthread_key_delete(key);
- printf("main thread exit\n");
- return 0;
- }
运行结果:
---> ./a.out
hello
thread1 -1215546512 enter
thread2 -1223939216 enter
thread2 -1223939216 returns -1223939216
thread1 -1215546512 returns -1215546512
destructor excuted in thread -1223939216, param = -1223939216
destructor excuted in thread -1215546512, param = -1215546512
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。
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