thread_local 是 C++11 为线程安全引进的变量声明符。
thread_local 简介
thread_local 是一个存储器指定符。
所谓存储器指定符，其作用类似命名空间，指定了变量名的存储期以及链接方式。同类型的关键字还有：
- auto：自动存储期；
- register：自动存储期，提示编译器将此变量置于寄存器中；
- static：静态或线程存储期，同时提示是内部链接；
- extern：静态或线程存储期，同时提示是外部链接；
- thread_local：线程存储期；
- mutable：不影响存储期或链接。
对于 thread_local，官方解释是：
thread_local 关键词只对声明于命名空间作用域的对象、声明于块作用域的对象及静态数据成员允许。它指示对象拥有线程存储期。它能与 static 或 extern 结合，以分别指定内部或外部链接（除了静态数据成员始终拥有外部链接），但附加的 static 不影响存储期。
线程存储期: 对象的存储在线程开始时分配，而在线程结束时解分配。每个线程拥有其自身的对象实例。唯有声明为 thread_local 的对象拥有此存储期。 thread_local 能与 static 或 extern 一同出现，以调整链接。
这里有一个很重要的信息，就是 static thread_local 和 thread_local 声明是等价的，都是指定变量的周期是在线程内部，并且是静态的。这是什么意思呢？举个代码的例子。
下面是一个线程安全的均匀分布随机数生成，
inline void random_uniform_float(float *const dst, const int len, const int min = 0, const int max = 1) { // generator is only created once in per thread, but distribution can be regenerated. static thread_local std::default_random_engine generator; // heavy std::uniform_real_distribution<float> distribution(min, max); // light for (int i = 0; i < len; ++i) { dst[i] = distribution(generator); } }
generator 是一个函数的静态变量，理论上这个静态变量在函数的所有调用期间都是同一个的（静态存储期），相反 distribution 是每次调用生成的函数内临时变量。现在 generator 被 thread_local 修饰，表示其存储周期从整个函数调用变为了线程存储期，也就是在同一个线程内，这个变量表现的就和函数静态变量一样，但是不同线程中是不同的。可以理解为 thread_local 缩小了变量的存储周期。关于 thread_local 变量自动 static，C++ 标准中也有说明：
When thread_local is applied to a variable of block scope the storage-class-specifier static is implied if it does not appear explicitly
关于 thread_local 的定义我也不想过多着墨，还是看代码例子说明吧。
thread_local 使用示例
全局变量
#include <iostream> #include <thread> #include <mutex> std::mutex cout_mutex; //方便多线程打印 thread_local int x = 1; void thread_func(const std::string& thread_name) { for (int i = 0; i < 3; ++i) { x++; std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_mutex); std::cout << "thread[" << thread_name << "]: x = " << x << std::endl; } return; } int main() { std::thread t1(thread_func, "t1"); std::thread t2(thread_func, "t2"); t1.join(); t2.join(); return 0; }
上面的代码在主函数中，创建了两个线程 t1 和 t2，并分别传递了一个字符串作为线程名，以便在线程函数中输出。接着，使用 join() 方法等待线程执行完毕。
在线程函数 thread_func 中，每个线程将 x 的值增加三次，然后输出结果。由于 x 是 thread_local 变量，每个线程对它的操作互不干扰，因此输出结果是不同的。由于 cout 是共享的，使用 std::lock_guardstd::mutex lock(cout_mutex) 锁住 cout，以避免多个线程同时输出内容时出现乱序或重叠的问题。
输出：
thread[t2]: x = 2 thread[t2]: x = 3 thread[t2]: x = 4 thread[t1]: x = 2 thread[t1]: x = 3 thread[t1]: x = 4
可以看出全局的 thread_local 变量在每个线程里是分别自加互不干扰的。
局部变量
#include <iostream> #include <thread> #include <mutex> std::mutex cout_mutex; //方便多线程打印 void thread_func(const std::string& thread_name) { for (int i = 0; i < 3; ++i) { thread_local int x = 1; x++; std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_mutex); std::cout << "thread[" << thread_name << "]: x = " << x << std::endl; } return; } int main() { std::thread t1(thread_func, "t1"); std::thread t2(thread_func, "t2"); t1.join(); t2.join(); return 0; }
上面这段代码用了 STL 库中的 thread、mutex 等类，可以实现并发执行多个线程。代码中定义了一个 thread_func 函数，其参数为一个字符串 thread_name，表示线程的名字。函数中使用了一个 thread_local 关键字声明的变量 x，该变量只在当前线程中可见。在每次循环中，x 都会加 1，并使用互斥锁保证输出时的线程安全。在主函数中，创建了两个线程 t1 和 t2 分别执行 thread_func 函数，并使用 join 函数等待两个线程执行完毕后再退出程序。
输出：
thread[t2]: x = 2 thread[t2]: x = 3 thread[t2]: x = 4 thread[t1]: x = 2 thread[t1]: x = 3 thread[t1]: x = 4
可以看到虽然是局部变量，但是在每个线程的每次 for 循环中，使用的都是线程中的同一个变量，也侧面印证了 thread_local 变量会自动 static。
如果我们不加 thread_local，输出如下：
thread[t2]: x = 2 thread[t2]: x = 2 thread[t2]: x = 2 thread[t1]: x = 2 thread[t1]: x = 2 thread[t1]: x = 2
体现了局部变量的特征。
这里还有一个要注意的地方，就是 thread_local 虽然改变了变量的存储周期，但是并没有改变变量的使用周期或者说作用域，比如上述的局部变量，其使用范围不能超过 for 循环外部，否则编译出错。
void thread_func(const std::string& thread_name) { for (int i = 0; i < 3; ++i) { thread_local int x = 1; x++; std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_mutex); std::cout << "thread[" << thread_name << "]: x = " << x << std::endl; } x++; //编译会出错：error: ‘x’ was not declared in this scope return; }
上面的代码中，thread_func函数被作为线程函数传递给std::thread类的构造函数。在thread_func函数中，有一个for循环，循环体内声明了一个thread_local变量x。thread_local关键字用于声明一个线程局部变量，即该变量在每个线程中都有一份独立的实例，且在不同线程中互相独立。所以每个线程中的x都是独立的，不会互相影响。
在循环体内部，对x进行自增操作，并使用std::lock_guard保护打印输出，以避免并发操作导致的数据竞争问题。然后打印输出x的值和线程名。
在循环结束后，试图对x进行自增操作。但是由于在这个位置，x的作用域已经结束了，编译器会报错：error: ‘x’ was not declared in this scope。所以这行代码是不合法的。
