具有与 std::thread 不同的线程库的 C++ thread_local

Posted 2023-02-22

【中文标题】具有与 std::thread 不同的线程库的 C++ thread_local

【英文标题】：C++ thread_local with different threading library than std::thread

【发布时间】：2018-01-29 10:24:26

【问题描述】：

C++11 有关键字thread_local。我想知道这个关键字是否只适用于使用标准库（std::thread）创建的线程，或者它保证可以与其他线程库一起使用，例如Windows CreateThread 函数或 Unix pthread。

Microsoft documentation for visual studio 声明：

线程扩展存储类修饰符用于声明线程局部变量。对于 C++11 及更高版本中的可移植等效项，请将 thread_local 存储类说明符用于可移植代码。在 Windows 上，thread_local 使用 __declspec(thread) 实现。

因此 thread_local 在 MS Visual Studio 中按预期工作。我仍然想知道其他编译器和平台的情况是否如此。

【问题讨论】：

最有可能依赖于实现。

这可能是UB。但它真的有效吗？可能，只要库使用内核线程。但你不应该依赖其中任何一个。

@freakish：我不会这么认为。例如，std::thread ctor 可能会在内核线程中初始化线程本地存储。它适用于 Windows，因为内核线程有 TlsGetValue/TlsSetValue。

【参考方案1】：

C++ 标准在[intro.multithread]/1 处定义如下线程：

执行线程（也称为线程）是一个单一的流程 程序中的控制，包括初始调用 特定的***函数，并递归地包含每个函数 调用随后由线程执行。 [ 注：当一个 线程创建另一个，对顶层函数的初始调用 新线程由新线程执行，而不是由创建 线。 — 尾注 ] 程序中的每个线程都可能访问 程序中的每个对象和函数。在托管下 实现，一个 C++ 程序可以运行多个线程 同时。每个线程的执行都按照 本国际标准的其余部分。整个执行 程序由其所有线程的执行组成。 [ 笔记： 通常，执行可以看作是所有它的交错 线程。但是，某些种类的原子操作，例如，允许 执行与简单交错不一致，如所述 以下。 — 尾注 ] 在独立实现下，它是 实现定义一个程序是否可以有多个线程 执行。

请注意，以上内容完全不限于std::thread 创建的线程。此外，该标准甚至承认存在 至少一个 不一定由std::thread 创建的执行线程，在[intro.progress]/8：

实现创建的线程是否由实现定义 执行 main 和创建的执行线程 通过 std​::​thread 提供并发前向进度保证。 [ 注意：鼓励通用实现提供 这些保证。 — 尾注 ]

此外，虽然以下内容是注释，不能被视为规范，但阅读[thread.threads]/1 仍然令人鼓舞：

[thread.threads] 描述了可用于创建和 管理线程。 [ 注意：这些线程旨在一对一映射 与操作系统线程。  — 尾注 ]

这对我来说都表明任何thread_local 存储都可以在任何符合上述定义的“执行线程”中使用，无论它是由std::thread 创建的还是由某种实现定义的方式创建的。我不希望一个理智的托管实现会有其他行为。

【讨论】：

这是一个建议，而不是一个具体的陈述。

@DavidHaim - 什么？那个笔记？我知道，因此我称之为非规范。然而，其他一切都是规范的。

我的意思是该标准可能暗示它可能会起作用，但该标准并没有真正明确说明。在我看来，你的回答肯定表明这一点。

@DavidHaim - 我的回答表明该标准定义了一个执行线程，但没有指定必须如何创建。是的，thread_local 存储的行为在执行线程中得到了很好的定义，无论是如何创建的。如果实现提供了更多的方法来创建符合标准定义的线程，那么这些线程中的任何thread_local 存储都将按照标准的规定运行。

线程是否映射到 OS 线程（这到底意味着什么，内核调度的线程？还是 OS API 线程？）并不重要，但它们是否映射到同一事物。例如，thread_local 是否可以与使用 Win32 API 创建的线程一起正常工作。由于该标准没有提及与这些特定于平台的功能的关系，因此这些似乎是浑水。问题是，即使我们同意它可以与 OS API 线程一起使用，也有第三方线程库。似乎不可能保证他们都是“乖巧”的thread_local。