写在前面
在Linux系统中使用C/C++进行多线程编程时,我们遇到最多的就是对同一变量的多线程读写问题,大多情况下遇到这类问题都是通过锁机制来处理,但这对程序的性能带来了很大的影响,当然对于那些系统原生支持原子操作的数据类型来说,我们可以使用原子操作来处理,这能对程序的性能会得到一定的提高。那么对于那些系统不支持原子操作的自定义数据类型,在不使用锁的情况下如何做到线程安全呢?本文将从线程局部存储方面,简单讲解处理这一类线程安全问题的方法。
一、一次性初始化
在讲解线程特有数据之前,先让我们来了解一下一次性初始化。多线程程序有时有这样的需求:不管创建多少个线程,有些数据的初始化只能发生一次。在多线程的情况下,为了能让该对象能够安全的初始化,一次性初始化机制就显得尤为重要了。——在设计模式中这种实现常常被称之为单例模式。Linux中提供了如下函数来实现一次性初始化:
函数原型:
int pthread_once (pthread_once_t *once_control, void (*init) (void));
函数pthread_once()可以确保无论有多少个线程调用多少次该函数,也只会执行一次由init所指向的由调用者定义的函数。init所指向的函数没有任何参数,形式如下:
void init(void)
##二、线程局部数据API
2.1 pthread_key_create
int pthread_key_create (pthread_key_t *key, void (*destructor)(void *));
函数pthread_key_create()为线程局部数据创建一个新键,并通过key指向新创建的键缓冲区。destructor所指向的是一个自定义的函数,其格式如下:
void destructor(void *value){}
只要线程终止时与key关联的值不为NULL,则destructor所指的函数将会自动被调用。如果一个线程中有多个线程局部存储变量,那么对各个变量所对应的destructor函数的调用顺序是不确定的,因此,每个变量的destructor函数的设计应该相互独立。
2.2 pthread_setspecific
函数原型:
int pthread_setspecific (pthread_key_t key, const void *value);
用于将value的副本存储于一数据结构中,并将其与调用线程以及key相关联。参数value通常指向由调用者分配的一块内存,当线程终止时,会将该指针作为参数传递给与key相关联的destructor函数。当线程被创建时,会将所有的线程局部存储变量初始化为NULL,因此第一次使用此类变量前必须先调用pthread_getspecific()函数来确认是否已经于对应的key相关联,如果没有,那么pthread_getspecific()会分配一块内存并通过pthread_setspecific()函数保存指向该内存块的指针。
2.3 pthread_getspecific
函数原型:
void *pthread_getspecific (pthread_key_t key);
将pthread_setspecific()设置的value取出。在使用取出的值前最好是将void*转换成原始数据类型的指针。
三、深入理解线程局部存储机制
3.1 一个全局(进程级别)的数组,用于存放线程局部存储的键值信息
pthread_key_create()返回的pthread_key_t类型值只是对全局数组的索引,该全局数组标记为pthread_keys,其格式大概如下:
数组的每个元素都是一个包含两个字段的结构,第一个字段标记该数组元素是否在用,第二个字段用于存放针对此键、线程局部存储变的解构函数的一个副本,即destructor函数。
每个线程还包含一个数组,存有为每个线程分配的线程特有数据块的指针(通过调用pthread_setspecific()函数来存储的指针,即参数中的value)