如何分配线程局部存储？

Question

我在函数中有一个静态变量，但我希望它是基于每个线程静态的。

如何分配内存来创建我的C++类实例，以便每个线程都拥有自己的类实例的副本？

AnotherClass::threadSpecificAction()
{
  // How to allocate this with thread local storage?
  static MyClass *instance = new MyClass();

  instance->doSomething();
}

这是在Linux上。我没有使用C++0x，而是gcc v3.4.6。

- WilliamKF

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取决于你是在Windows还是其他地方。 - bmargulies

取决于你是否使用boost库：http://drdobbs.com/cpp/184401518?pgno=6 - Anycorn

你需要提供更多关于实际平台的信息，包括你是否可以/想要使用C++0x特性（这些特性可能在你的平台上可用或不可用，因此平台很重要：操作系统、编译器和版本）。 - David Rodríguez - dribeas

Answer 1

#include <boost/thread/tss.hpp>
static boost::thread_specific_ptr< MyClass> instance;
if( ! instance.get() ) {
    // first time called by this thread
    // construct test element to be used in all subsequent calls from this thread
    instance.reset( new MyClass);
}
    instance->doSomething();

- ravenspoint

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没错，不必纠结于特定操作系统的内容，使用boost::thread_specific_ptr干净、可移植且符合惯用语。 - Alexandre C.

你说的“超级懒惰”是指那些看重精心构建的示例代码的人吗？=) - Claudiu

请注意，仅当退出线程为boost :: thread时，才会执行* instance的清理工作。 - jupp0r

原问题涉及“静态”线程局部变量，这正是通过C++的thread_local关键字内置的内容，所以他应该尽简单地使用C++的本地支持，例如thread_local MyClass instance;。本答案中的thread_specific_ptr代码更加复杂且不符合标准。虽然在此处不是正确的选择，但thread_specific_ptr仍可用于动态分配线程局部对象。 - user2913094

@user2913094，GCC 3.4毫不意外地没有这个功能。此外，GCC 4.6和MSVC <VS2015也没有为非平凡类型实现thread_local，这意味着您甚至无法在其中使用unique_ptr或shared_ptr。这意味着在当前编译器上，使用thread_local可能会导致内存泄漏。 - sehe

Answer 2

值得注意的是，C++11引入了thread_local关键字。

下面是来自存储期指定符的示例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <thread>
#include <mutex>

thread_local unsigned int rage = 1; 
std::mutex cout_mutex;

void increase_rage(const std::string& thread_name)
{
    ++rage;
    std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_mutex);
    std::cout << "Rage counter for " << thread_name << ": " << rage << '\n';
}

int main()
{
    std::thread a(increase_rage, "a"), b(increase_rage, "b");
    increase_rage("main");

    a.join();
    b.join();

    return 0;
}

可能的输出：

Rage counter for a: 2
Rage counter for main: 2
Rage counter for b: 2

- Deqing

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GCC在4.8版本中增加了对thread_local的支持。如果您使用的是4.7或更早版本，则需要使用__thread来指定存储类。 - Drew Noakes

这正是我所需要的。但为什么需要mutex？因为thread_local是针对每个线程私有的吗？ - user2269707

@reavenisadesk，你不需要为任何thread_local变量使用mutex。 - russoue

不幸的是，在OSX上让thread_local工作起来有点困难：https://dev59.com/ZF4c5IYBdhLWcg3wSIrf - Alex Jansen

@reavenisadesk，“mutex”仅同步输出，因为流不能一次性写入所有内容。如果没有锁定，您会读到类似“Rage counter for Rage counter for aRage counter for: main”的内容。 - Youka

Answer 3

boost::thread_specific_ptr是最好的选择，因为它是可移植的解决方案。

在Linux和GCC上，您可以使用__thread修饰符。

因此，您的实例变量将如下所示：

static __thread MyClass *instance = new MyClass();

- tvn

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当使用__thread时，要注意MyClass的析构函数可能不会被执行。（boost::thread_specific_ptr<MyClass>或thread_local MyClass会执行析构函数。） - David L.

Answer 4

如果您正在使用Pthreads，您可以执行以下操作：

//declare static data members
pthread_key_t AnotherClass::key_value;
pthread_once_t AnotherClass::key_init_once = PTHREAD_ONCE_INIT;

//declare static function
void AnotherClass::init_key()
{
    //while you can pass a NULL as the second argument, you 
    //should pass some valid destrutor function that can properly
    //delete a pointer for your MyClass
    pthread_key_create(&key_value, NULL);
}

void AnotherClass::threadSpecificAction()
{
  //Initialize the key value
  pthread_once(&key_init_once, init_key);

  //this is where the thread-specific pointer is obtained
  //if storage has already been allocated, it won't return NULL

  MyClass *instance = NULL;
  if ((instance = (MyClass*)pthread_getspecific(key_value)) == NULL)
  {
    instance = new MyClass;
    pthread_setspecific(key_value, (void*)instance);
  }

  instance->doSomething();
}

- Jason

Answer 5

C++11规定了一个thread_local存储类型，只需使用它即可。

AnotherClass::threadSpecificAction()
{
  thread_local MyClass *instance = new MyClass();
  instance->doSomething();
}

一个可选的优化是在线程本地存储上分配。

- Arne

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不过在 macOS 或 iOS 上尚未实现。 - jupp0r

@jupp0r 如果你的OS X编译器不支持C++11，那么它就不符合dcl.stc/1规范中的存储类说明符：static、thread_local、extern和mutable。 - rustyx

@rustyx：是的，截至目前，AppleClang不支持C++11（但在XCode8中将支持thread_local）。 - jupp0r

Answer 6

如果您正在使用MSVC++，您可以阅读线程本地存储（TLS）。然后您可以查看示例。另外，请注意TLS的规则和限制。

- Nawaz

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由于根据规则和限制，我不认为这个答案回答了问题，所以我会将其踩一下。它没有提到C2482或C2483。 - Andreas Haferburg

点赞，因为这个问题的标题没有提到Linux。搜索流量是由标题驱动的，而不是问题正文中一些微妙的免责声明。然而，那些链接是有用的。 - Contango

Answer 7

在Windows上，您可以使用TlsAlloc和TlsFree来分配线程本地存储中的存储空间。

要在TLS中设置和检索值，可以分别使用TlsSetValue和TlsGetValue。 这里您可以看到一个示例，说明如何使用它。

- Tony The Lion

Answer 8

顺便提一下... MSVC++从VSC++2005开始支持declspec(thread)

#if (_MSC_VER >= 1400)
  #ifndef thread_local     
    #define thread_local __declspec(thread)
  #endif
#endif

主要问题是（这在boost :: thread_specific_ptr中得到解决）标记为it的变量不能包含构造函数或析构函数。

- Arek Bal

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这个问题在C++11中得到了解决，该版本受MSVC 2015（以及可能的2013）支持。 - rustyx

Answer 9

Folly (Facebook Open-source Library)提供了一个可移植的线程本地存储实现。

根据其作者所说：

针对非平凡类型进行了改进的线程本地存储（类似于pthread_getspecific的速度，但仅消耗单个pthread_key_t，比boost::thread_specific_ptr快4倍）。

如果您正在寻找可移植的本地存储线程实现，这个库是一个不错的选择。

- chema989

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没有Windows支持，虽然（便携性这么糟糕）。 - jupp0r