Thread local storage (TLS)統(tǒng)一進(jìn)程的多個(gè)線程可以通過(guò)由TlsAlloc方法返回的索引值在線程自身的空間內(nèi)存儲(chǔ)和取回一個(gè)值。在以下這個(gè)例子里,索引值在進(jìn)程開(kāi)始時(shí)創(chuàng)建,當(dāng)各個(gè)線程啟動(dòng)時(shí),會(huì)各自申請(qǐng)一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存并且將內(nèi)存指針通過(guò)TlsSetValue方法存儲(chǔ)到各自的TLS空間中(由先前的索引值標(biāo)定)。CommonFunc方法使用TlsGetValue方法通過(guò)索引取得數(shù)據(jù)指針。在各個(gè)線程結(jié)束前,釋放動(dòng)態(tài)內(nèi)存塊。在進(jìn)程結(jié)束見(jiàn),調(diào)用TlsFree方法釋放索引。
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#include <windows.h>
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#include <stdio.h>
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#define THREADCOUNT 4
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DWORD dwTlsIndex;
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VOID ErrorExit(LPSTR);
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VOID CommonFunc(VOID)
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{
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LPVOID lpvData;
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// Retrieve a data pointer for the current thread.
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lpvData = TlsGetValue(dwTlsIndex);
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if ((lpvData == 0) && (GetLastError() != ERROR_SUCCESS))
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ErrorExit("TlsGetValue error");
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// Use the data stored for the current thread.
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printf("common: thread %d: lpvData=%lx\n",
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GetCurrentThreadId(), lpvData);
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Sleep(5000);
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}
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DWORD WINAPI ThreadFunc(VOID)
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{
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LPVOID lpvData;
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// Initialize the TLS index for this thread.
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lpvData = (LPVOID) LocalAlloc(LPTR, 256);
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if (! TlsSetValue(dwTlsIndex, lpvData))
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ErrorExit("TlsSetValue error");
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printf("thread %d: lpvData=%lx\n", GetCurrentThreadId(), lpvData);
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CommonFunc();
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// Release the dynamic memory before the thread returns.
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lpvData = TlsGetValue(dwTlsIndex);
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if (lpvData != 0)
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LocalFree((HLOCAL) lpvData);
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return 0;
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}
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int main(VOID)
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{
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DWORD IDThread;
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HANDLE hThread[THREADCOUNT];
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int i;
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// Allocate a TLS index.
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if ((dwTlsIndex = TlsAlloc()) == TLS_OUT_OF_INDEXES)
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ErrorExit("TlsAlloc failed");
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// Create multiple threads.
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for (i = 0; i < THREADCOUNT; i++)
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{
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hThread[i] = CreateThread(NULL, // default security attributes
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0, // use default stack size
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(LPTHREAD_START_ROUTINE) ThreadFunc, // thread function
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NULL, // no thread function argument
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0, // use default creation flags
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&IDThread); // returns thread identifier
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// Check the return value for success.
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if (hThread[i] == NULL)
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ErrorExit("CreateThread error\n");
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}
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for (i = 0; i < THREADCOUNT; i++)
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WaitForSingleObject(hThread[i], INFINITE);
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TlsFree(dwTlsIndex);
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return 0;
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}
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VOID ErrorExit (LPSTR lpszMessage)
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{
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fprintf(stderr, "%s\n", lpszMessage);
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ExitProcess(0);
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}
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常用情景:
各個(gè)線程所處理的對(duì)象有所不同,但是所需要的處理卻可能類似,例如多個(gè)線程同時(shí)處理多個(gè)文件,就可以將文件句柄存在在相應(yīng)的Tls中,在使用相同的接口進(jìn)行處理
背景知識(shí):
每個(gè)線程除了共享進(jìn)程的資源外還擁有各自的私有資源:一個(gè)寄存器組(或者說(shuō)是線程上下文);一個(gè)專屬的堆棧;一個(gè)專屬的消息隊(duì)列;一個(gè)專屬的Thread Local Storage(TLS);一個(gè)專屬的結(jié)構(gòu)化異常處理串鏈。
TLS 是一個(gè)良好的Win32 特質(zhì),讓多線程程序設(shè)計(jì)更容易一些。TLS 是一個(gè)機(jī)制,經(jīng)由它,程序可以擁有全域變量,但在不同的線程里有不同的值。也就是說(shuō),進(jìn)程中的所有線程都可以擁有全域變量,但這些變量其實(shí)是特定對(duì)某個(gè)線程才有意義。例如,你可能有一個(gè)多線程程序,每一個(gè)線程都對(duì)不同的文件寫文件(也因此它們使用不同的文件handle)。這種情況下,把每一個(gè)線程所使用的文件handle 儲(chǔ)存在TLS 中,將會(huì)十分方便。當(dāng)線程需要知道所使用的handle,它可以從TLS 獲得。重點(diǎn)在于:線程用來(lái)取得文件handle 的那一段碼在任何情況下都是相同的,而從TLS中取出的文件handle 卻各不相同。非常靈巧,不是嗎?有全域變數(shù)的便利,卻又分屬各線程。
雖然TLS 很方便,它并不是毫無(wú)限制。在Windows NT 和Windows 95 之中,有64 個(gè)DWORD slots 供每一個(gè)線程使用。這意思是一個(gè)進(jìn)程最多可以有64 個(gè)「對(duì)各線程有不同意義」的DWORDs。 雖然TLS 可以存放單一數(shù)值如文件handle,更常的用途是放置指針,指向線程的私有資料。有許多情況,多線程程序需要儲(chǔ)存一堆數(shù)據(jù),而它們又都是與各線程相關(guān)。許多程序員對(duì)此的作法是把這些變量包裝為C 結(jié)構(gòu),然后把結(jié)構(gòu)指針儲(chǔ)存在TLS 中。當(dāng)新的線程誕生,程序就配置一些內(nèi)存給該結(jié)構(gòu)使用,并且把指針儲(chǔ)存在為線程保留下來(lái)的TLS 中。一旦線程結(jié)束,程序代碼就釋放所有配置來(lái)的區(qū)塊。既然每一個(gè)線程都有64 個(gè)slots 用來(lái)儲(chǔ)存線程自己的數(shù)據(jù),那么這些空間到底打哪兒來(lái)?在線程的學(xué)習(xí)中我們可以從結(jié)構(gòu)TDB中看到,每一個(gè)thread database 都有64 個(gè)DWORDs 給TLS 使用。當(dāng)你以TLS 函式設(shè)定或取出數(shù)據(jù),事實(shí)上你真正面對(duì)的就是那64 DWORDs。好,現(xiàn)在我們知道了原來(lái)那些“對(duì)各線程有不同意義的全局變量”是存放在線程各自的TDB中阿。
接下來(lái)你也許會(huì)問(wèn):我怎么存取這64個(gè)DWORDS呢?我又怎么知道哪個(gè)DWORDS被占用了,哪個(gè)沒(méi)有被占用呢?首先我們要理解這樣一個(gè)事實(shí):系統(tǒng)之所以給我們提供TLS這一功能,就是為了方便的實(shí)現(xiàn)“對(duì)各線程有不同意義的全局變量”這一功能;既然要達(dá)到“全局變量”的效果,那么也就是說(shuō)每個(gè)線程都要用到這個(gè)變量,既然這樣那么我們就不需要對(duì)每個(gè)線程的那64個(gè)DWORDS的占用情況分別標(biāo)記了,因?yàn)槟?4個(gè)DWORDS中的某一個(gè)一旦占用,是所有線程的那個(gè)DWORD都被占用了,于是KERNEL32 使用兩個(gè)DWORDs(總共64 個(gè)位)來(lái)記錄哪一個(gè)slot 是可用的、哪一個(gè)slot 已經(jīng)被用。這兩個(gè)DWORDs 可想象成為一個(gè)64 位數(shù)組,如果某個(gè)位設(shè)立,就表示它對(duì)應(yīng)的TLS slot 已被使用。這64 位TLS slot 數(shù)組存放在process database 中(在進(jìn)程一節(jié)中的PDB結(jié)構(gòu)中我們列出了那兩個(gè)DWORDs)。
下面的四個(gè)函數(shù)就是對(duì)TLS進(jìn)行操作的:
(1)TlsAlloc
上面我們說(shuō)過(guò)了KERNEL32 使用兩個(gè)DWORDs(總共64 個(gè)位)來(lái)記錄哪一個(gè)slot 是可用的、哪一個(gè)slot 已經(jīng)被用。當(dāng)你需要使用一個(gè)TLS slot 的時(shí)候,你就可以用這個(gè)函數(shù)將相應(yīng)的TLS slot位置1。
(2)TlsSetValue
TlsSetValue 可以把數(shù)據(jù)放入先前配置到的TLS slot 中。兩個(gè)參數(shù)分別是TLS slot 索引值以及欲寫入的數(shù)據(jù)內(nèi)容。TlsSetValue 就把你指定的數(shù)據(jù)放入64 DWORDs 所組成的數(shù)組(位于目前的thread database)的適當(dāng)位置中。
(3)TlsGetValue
這個(gè)函數(shù)幾乎是TlsSetValue 的一面鏡子,最大的差異是它取出數(shù)據(jù)而非設(shè)定數(shù)據(jù)。和TlsSetValue 一樣,這個(gè)函數(shù)也是先檢查TLS 索引值合法與否。如果是,TlsGetValue 就使用這個(gè)索引值找到64 DWORDs 數(shù)組(位于thread database 中)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)項(xiàng),并將其內(nèi)容傳回。
(4)TlsFree
這個(gè)函數(shù)將TlsAlloc 和TlsSetValue 的努力全部抹消掉。TlsFree 先檢驗(yàn)?zāi)憬唤o它的索引值是否的確被配置過(guò)。如果是,它將對(duì)應(yīng)的64 位TLS slots 位關(guān)閉。然后,為了避免那個(gè)已經(jīng)不再合法的內(nèi)容被使用,TlsFree 巡訪進(jìn)程中的每一個(gè)線程,把0 放到剛剛被釋放的那個(gè)TLS slot 上頭。于是呢,如果有某個(gè)TLS 索引后來(lái)又被重新配置,所有用到該索引的線程就保證會(huì)取回一個(gè)0 值,除非它們?cè)僬{(diào)用TlsSetValue。