线程-本地数据

线程-本地数据(也称为线程-本地存储)是为每个线程单独创建的，其行为类似于静态数据。在命名空间范围内，或作为静态类成员的线程局部变量，是在第一次使用之前创建，而在函数中声明的线程局部变量是在第一次使用时创建，并且线程-本地数据只属于线程。

  1. // threadLocal.cpp
  3. #include <iostream>
  4. #include <string>
  5. #include <mutex>
  6. #include <thread>
  8. std::mutex coutMutex;
  10. thread_local std::string s("hello from ");
  12. void addThreadLocal(std::string const& s2) {
  14.   s += s2;
  15.   // protect std::cout
  16.   std::lock_guard<std::mutex> guard(coutMutex);
  17.   std::cout << s << std::endl;
  18.   std::cout << "&s: " << &s << std::endl;
  19.   std::cout << std::endl;
  21. }
  23. int main() {
  25.   std::cout << std::endl;
  27.   std::thread t1(addThreadLocal, "t1");
  28.   std::thread t2(addThreadLocal, "t2");
  29.   std::thread t3(addThreadLocal, "t3");
  30.   std::thread t4(addThreadLocal, "t4");
  32.   t1.join();
  33.   t2.join();
  34.   t3.join();
  35.   t4.join();
  37. }

通过在第10行中使用关键字thread_local，可以创建线程本地字符串s。线程t1 - t4(第27 - 30行)使用addThreadLocal函数(第12 - 21行)作为工作包。线程分别获取字符串t1到t4作为参数，并添加到线程本地字符串s中。另外，addThreadLocal在第18行会打印s的地址。

线程-本地数据 - 图1

程序的输出在第17行显示内容，在第18行显示地址。要为字符串s创建线程本地字符串：首先，每个输出显示新的线程本地字符串；其次，每个字符串都有不同的地址。

我经常在研讨会上讨论：静态变量、thread_local变量和局部变量之间的区别是什么？静态变量与主线程的生命周期相同，thread_local变量与其所在线程的生存周期相同，而局部变量与创建作用域的生存周期相同。为了说明我的观点，来看一下代码。

  1. // threadLocalState.cpp
  3. #include <iostream>
  4. #include <string>
  5. #include <mutex>
  6. #include <thread>
  8. std::mutex coutMutex;
  10. thread_local std::string s("hello from ");
  12. void first() {
  13.   s += "first ";
  14. }
  16. void second() {
  17.   s += "second ";
  18. }
  20. void third() {
  21.   s += "third";
  22. }
  24. void addThreadLocal(std::string const& s2) {
  26.   s += s2;
  28.   first();
  29.   second();
  30.   third();
  31.   // protect std::cout
  32.   std::lock_guard<std::mutex> guard(coutMutex);
  33.   std::cout << s << std::endl;
  34.   std::cout << "&s: " << &s << std::endl;
  35.   std::cout << std::endl;
  37. }
  39. int main() {
  41.   std::cout << std::endl;
  43.   std::thread t1(addThreadLocal, "t1: ");
  44.   std::thread t2(addThreadLocal, "t2: ");
  45.   std::thread t3(addThreadLocal, "t3: ");
  46.   std::thread t4(addThreadLocal, "t4: ");
  48.   t1.join();
  49.   t2.join();
  50.   t3.join();
  51.   t4.join();
  53. }

代码中，函数addThreadLocal(第24行)先调用函数first ，然后调用second，再调用third 。每个函数都使用thread_local字符串s来添加它的函数名。这种变化的关键之处在于，字符串s在函数first、second和third中操作时，处于一种本地数据的状态(第28 - 30行)，并且从输出表明字符串是独立存在的。

线程-本地数据 - 图2

单线程到多线程

线程本地数据有助于将单线程程序移植成多线程程序。如果全局变量是线程局部的，则可以保证每个线程都得到其数据的副本，从而避免数据竞争。

与线程-本地数据相比，条件变量的使用门槛更高。