pthread线程特定数据

Posted 2020-11-18 tianzeng

  线程特定数据，也被称为线程私有数据，是一种存储和查找一个特定线程相关数据的机制。我们称这个数据为线程特定或线程私有的原因，是因为每个线程访问它自己独立的数据拷贝，而不用担心和其它线程的访问的同步。

    线程特定数据看似很复杂，其实我们可以把它理解为就是一个索引和指针。key结构中存储的是索引，pthread结构中存储的是指针，指向线程中的私有数据，通常是malloc函数返回的指针。

    POSIX要求实现POSIX的系统为每个进程维护一个称之为Key的结构数组（如图1所示），这个数组中的每个结构称之为一个线程特定数据元素。POSIX规定系统实现的Key结构数组必须包含不少于128个线程特定元素，而每个线程特定数据元素至少包含两项内容：使用标志和析构函数指针。key结构中的标志指示这个数组元素是否使用，所有的标志初始化为“不在使用”。

    当一个线程调用pthread_key_create创建一个新的线程特定数据元素时，系统搜索其所在进程的Key结构数组，找出其中第一个未使用的元素，并通过keyptr返回该元素的键，即就是我们前面说的索引。pthread_key_create函数的第二个参数destructor是一个函数指针，指向一个析构函数，用于线程结束以后的一些后期后期处理工作，析构函数的额参数就是线程特定数据的指针。

    除了进程范围内地的key结构数组外，系统还在进程中维护关于每个线程的线程结构，把这个特定于线程的结构称为pthread结构，它的部分内容是于key数组对应的指针数组(如图2所示)，它的128个指针和进程中的128个可能的键（索引）是逐一关联的。指针指向的内存就是线程特有数据。

    下面看一个具体的过程，启动一个进程并创建了若干线程，其中一个线程（比如线程1），要申请线程私有数据，系统调用pthread_key_creat（）在图1所示的key结构数组中找到第一个未用的元素，并把它的键，也就是看面说的索引（0-127），返回给调用者，假设返回的索引是1，线程之后通过pthrea_getspecific（）调用获得本线程的pkey[1]值，返回的是一个空指针ptr = null，这个指针就是我们可以通过索引1使用的线程数据的首地址了，但是他现在为空，因此根据实际情况用malloc分配一快内存，在使用pthread_setspecific()调用将特定数据的指针指向刚才分配到内存区域。整个过程结束后key结构和pthread结构如图3所示，

 

在操作线程特定数据时涉及到的函数调用有一下几个：

 

#include <pthread.h>

//成功返回0，失败返回错误号。

int pthread_key_create(pthread_key_t *keyp, void (*destructor)(void *)); 



//返回线程特定数据，或者如果没有值关联到这个关键字时返回NULL。 

void *pthread_getspecific(pthread_key_t key); 

//成功返回0，失败返回错误号。

int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value); 

pthread_once_t initflag = PTHREAD_ONCE_INIT;
 

//成功返回0，失败返回错误码。

int pthread_once(pthread_once_t *initflag, void (*initfn)(void)); 

 

//成功返回0，失败返回错误号。

int pthread_key_delete(pthread_key_t *key);

线程特定数据的典型用法如下：

 

 

void destructor(void *) 

pthread_key_t key; 

pthread_once_t init_done = PTHREAD_ONCE_INIT; 

void 

thread_init(void) 

{ 

    err = pthread_key_create(&key, destructor); 

} 

int threadfunc(void *arg) 

{ 

    pthread_once(&init_done, thread_init); 
    
    if( (ptr = pthread_getspecific(key)) == NULL ){
        ptr = malloc(len);
        pthread_setspecific(key,ptr);
        ...
    }
    ... 

}

当调用pthread_key_create 后会产生一个所有线程都可见的线程特定数据（TSD）的键值(如上图中所有的线程都会得到一个pkey[1]的值), 但是这个键所指向的真实数据却是不同的,虽然都是pkey[1], 但是他们并不是指向同一块内存,而是指向了只属于自己的实际数据, 因此, 如果线程0更改了pkey[1]所指向的数据, 而并不能够影像到线程n;

   在线程调用pthread_setspecific后会将每个线程的特定数据与thread_key_t绑定起来，虽然只有一个pthread_key_t，但每个线程的特定数据是独立的内存空间，当线程退出时会执行destructor 函数。

/** 示例1: 设置/获取线程特定数据 
在两个线程中分别设置/获取线程特定数据, 查看两个线程中的数据是否是一样的(肯定是不一样的O(∩_∩)O~) 
**/  
pthread_key_t key;  
typedef struct Tsd  
{  
    pthread_t tid;  
    char *str;  
} tsd_t;  
//用来销毁每个线程所指向的实际数据  
void destructor_function(void *value)  
{  
    free(value);  
    cout << "destructor ..." << endl;  
}  
  
void *thread_routine(void *args)  
{  
    //设置线程特定数据  
    tsd_t *value = (tsd_t *)malloc(sizeof(tsd_t));  
    value->tid = pthread_self();  
    value->str = (char *)args;  
    pthread_setspecific(key, value);  
    printf("%s setspecific, address: %p
", (char *)args, value);  
  
    //获取线程特定数据  
    value = (tsd_t *)pthread_getspecific(key);  
    printf("tid: 0x%x, str = %s
", (unsigned int)value->tid, value->str);  
    sleep(2);  
  
    //再次获取线程特定数据  
    value = (tsd_t *)pthread_getspecific(key);  
    printf("tid: 0x%x, str = %s
", (unsigned int)value->tid, value->str);  
  
    pthread_exit(NULL);  
}  
  
int main()  
{  
    //这样每个线程当中都会有一个key可用了,  
    //但是每个key所绑定的实际区域需要每个线程自己指定  
    pthread_key_create(&key, destructor_function);  
  
    pthread_t tid1, tid2;  
    pthread_create(&tid1, NULL, thread_routine, (void *)"thread1");  
    pthread_create(&tid2, NULL, thread_routine, (void *)"thread2");  
  
    pthread_join(tid1, NULL);  
    pthread_join(tid2, NULL);  
    pthread_key_delete(key);  
  
    return 0;  
}  

/** 示例2:运用pthread_once, 让key只初始化一次 
注意: 将对key的初始化放入到init_routine中 
**/  
pthread_key_t key;  
pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT;  
typedef struct Tsd  
{  
    pthread_t tid;  
    char *str;  
} tsd_t;  
  
//线程特定数据销毁函数,  
//用来销毁每个线程所指向的实际数据  
void destructor_function(void *value)  
{  
    free(value);  
    cout << "destructor ..." << endl;  
}  
  
//初始化函数, 将对key的初始化放入该函数中,  
//可以保证inti_routine函数只运行一次  
void init_routine()  
{  
    pthread_key_create(&key, destructor_function);  
    cout << "init..." << endl;  
}  
  
void *thread_routine(void *args)  
{  
    pthread_once(&once_control, init_routine);  
  
    //设置线程特定数据  
    tsd_t *value = (tsd_t *)malloc(sizeof(tsd_t));  
    value->tid = pthread_self();  
    value->str = (char *)args;  
    pthread_setspecific(key, value);  
    printf("%s setspecific, address: %p
", (char *)args, value);  
  
    //获取线程特定数据  
    value = (tsd_t *)pthread_getspecific(key);  
    printf("tid: 0x%x, str = %s
", (unsigned int)value->tid, value->str);  
    sleep(2);  
  
    //再次获取线程特定数据  
    value = (tsd_t *)pthread_getspecific(key);  
    printf("tid: 0x%x, str = %s
", (unsigned int)value->tid, value->str);  
  
    pthread_exit(NULL);  
}  
  
int main()  
{  
    pthread_t tid1, tid2;  
    pthread_create(&tid1, NULL, thread_routine, (void *)"thread1");  
    pthread_create(&tid2, NULL, thread_routine, (void *)"thread2");  
  
    pthread_join(tid1, NULL);  
    pthread_join(tid2, NULL);  
    pthread_key_delete(key);  
  
    return 0;  
}  

https://blog.csdn.net/zjf280441589/article/details/43883033

http://www.360doc.com/content/18/0617/11/56818466_763036051.shtml