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C++11中的ThreadLocal

2023-07-11 13:06:25 深夜i -- --

C++ ThreadLocal C++11 变量多线程

在多线程程序中，为了避免竞争和冲突，常常需要使用线程本地存储（ThreadLocal）。C++11 标准中，引入了一个新特性 ThreadLocal，可以帮助实现线程本地存储。

ThreadLocal 是一种可以在线程中存储数据的机制，每个线程都有自己的存储空间。在多线程环境下，通过 ThreadLocal 可以轻松完成线程本地数据的存储和读取的操作，而不需要担心线程之间的冲突。

C++11 中的 ThreadLocal 主要有两个类：thread_local 和 std::thread::local_storage_type。其中，thread_local 是 ThreadLocal 变量的静态类型，而 std::thread::local_storage_type 则是一个泛型类型，用于保存和获取特定类型的 ThreadLocal 变量。

使用 ThreadLocal 的流程如下：

1. 定义 ThreadLocal 变量

2. 使用 std::thread::local_storage_type 类型变量来存储该 ThreadLocal 变量

3. 线程执行任务时，从指定 std::thread::local_storage_type 变量中获取 ThreadLocal 变量的值

4. 写入和修改该 ThreadLocal 变量的值

5. 在线程执行结束时，该 ThreadLocal 变量的访问权限自动被撤销

简单来说，ThreadLocal 是一种线程私有的变量，可以在线程执行过程中保存数据，线程执行结束时自动释放。

下面是一个简单的例子，使用 ThreadLocal 计算斐波那契数列中的第 n 项：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
thread_local int data = 0; // 定义 ThreadLocal 变量
int fib(int n) {
  if(n<=1)
    return n;
   else {
    int f = 0;
    // 从指定 std::thread::local_storage_type 变量中获取 ThreadLocal 变量的值
    if(n==2)
      f = data;
     else {
      int a = 0, b = 1;
      for(int i=3; i<=n; ++i) {
        f = a + b;
        a = b;
        b = f;
      }
      // 写入和修改该 ThreadLocal 变量的值
      data = f;
    }
    return f;
  }
}
int main() {
  std::vector<std::thread> threads;
  for(int i=0; i<10; ++i) {
    threads.emplace_back(fib, i+1);
  }
  for(auto& t: threads) {
    t.join();
  }
  return 0;
}

程序中定义了一个 thread_local 的变量 data，用于存储斐波那契数列中的第 n 项。在计算第 n 项时，除了 n=2 时从 ThreadLocal 变量中获取数据，其余情况均需重新计算，并写入 ThreadLocal 变量中。程序中创建了 10 个线程来计算斐波那契数列，每个线程都可以独立更新 ThreadLocal 变量的值。

使用 ThreadLocal 可以为多线程程序提供高效的线程本地存储机制，避免了竞争和冲突的问题，从而提高了程序的可靠性和性能。

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