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線程局部變量的使用與多線程開發(fā)

開發(fā) 后端
本文介紹了線程局部變量的使用。這個方法用于避免多線程同時訪問的沖突問題,對于一般的多線程開發(fā)而言是十分重要的一個功能。

多線程,現(xiàn)在多核時代來臨之際,多線程編程已經成為了時髦語。有專門應運而生的Erlang,以及以Actor著稱的Scala語言。下面介紹線程局部變量的使用,對于學習使用多線程會有一些幫助。

一、概述

現(xiàn)在多核時代多線程開發(fā)越來越重要了,多線程相比于多進程有諸多優(yōu)勢(當然也有諸多劣勢)。在早期C的庫中,有許多函數(shù)是線程不安全的,因為內部用到了靜態(tài)變量,比如:char *strtok(char *s, const char *delim); 該函數(shù)內部就有一個靜態(tài)指針,如果多個線程同時調用此函數(shù)時,可能就會出現(xiàn)奇怪的結果,當然也不是我們所想要的,現(xiàn)在LINUX對此函數(shù)功能有一個線程安全版本的接口:char *strtok_r(char *s, const char *delim, char **ptrptr),這就避免了多個線程同時訪問的沖突問題。其實,如果保持 strtok()/2 接口不變,同時還要保證線程安全,還有一個解決辦法,那就是采用線程局部變量。

使用線程局部變量有兩種使用方式,一個稍微麻煩些,一個比較簡單,下面一一做個介紹(以LINUX為例)

二、線程局部變量的使用

比較麻煩些的使用方法用到的函數(shù)主要有三個:pthread_once(pthread_once_t*, void (*init_routine)(void)), pthread_key_create()/2, pthread_setspecific()/2, pthread_getspecific()/1,其中 pthread_once 可以保證在整個進程空間init_routine函數(shù)僅被調用一次(它解決了多線程環(huán)境中使得互斥量和初始化代碼都僅被初始化一次的問題);pthread_key_create 的參數(shù)之一指一個析構函數(shù)指針,當某個線程終止時該析構函數(shù)將被調用,并用對于一個進程內的給定鍵,該函數(shù)只能被調用一次;pthread_sespecific 和 pthread_getspecific 用來存放和獲取與一個鍵關聯(lián)的值。例子如下:

  1. pthread_key_t key;  
  2. pthread_once_t once = PTHREAD_ONCE_INIT;  
  3.  
  4. static void destructor(void *ptr)  
  5. {  
  6. free(ptr);  
  7. }  
  8.  
  9. void init_once(void)  
  10. {  
  11. pthread_key_create(&key, destructor);  
  12. }  
  13.  
  14. static void *get_buf(void)  
  15. {  
  16. pthread_once(&once, init_once);  
  17.  
  18. if ((ptr = pthread_getspecific(key)) == NULL) {  
  19. ptr = malloc(1024);  
  20. pthread_setspecific(key, ptr);  
  21. }  
  22. return (ptr);  
  23. }  
  24.  
  25. static void *thread_fn(void *arg)  
  26. {  
  27. char *ptr = (char*) get_buf();  
  28.  
  29. sprintf(ptr, "hello world");  
  30. printf(">>%s\n", ptr);  
  31. return (NULL);  
  32. }  
  33.  
  34. void test(void)  
  35. {  
  36. int   i, n = 10;  
  37. pthread_t tids[10];  
  38.  
  39. for (i = 0; i < n; i++) {  
  40. pthread_create(&tids[i], NULL, thread_fn, NULL);  
  41. }  
  42.  
  43. for (i = 0; i < n; i++) {  
  44. pthread_join(&tids[i], NULL);  
  45. }  
  46. }  
  47.    

另外,還有一個更加簡單使用線程局部變量的方法:__thread 修飾符, (在WIN32平臺下需要用: __declspec(thread) 修飾符,WIN32的東東總得要多寫幾筆,呵呵),于是上述代碼可以修改如下:

  1. static void *get_buf(void)  
  2. {  
  3. static __thread void *ptr = malloc(1024);  
  4. return (ptr);  
  5. }  
  6.  
  7. static void *thread_fn(void *arg)  
  8. {  
  9. char *ptr = (char*) get_buf();  
  10.  
  11. sprintf(ptr, "hello world");  
  12. printf(">>%s\n", ptr);  
  13. return (NULL);  
  14. }  
  15.  
  16. void test(void)  
  17. {  
  18. int   i, n = 10;  
  19. pthread_t tids[10];  
  20.  
  21. for (i = 0; i < n; i++) {  
  22. pthread_create(&tids[i], NULL, thread_fn, NULL);  
  23. }  
  24.  
  25. for (i = 0; i < n; i++) {  
  26. pthread_join(&tids[i], NULL);  
  27. }  
  28. }  
  29.    

看到沒有,這段代碼比前面一個簡單許多,但卻有一個問題,它存在內存泄露問題,因為當線程退出時各個線程分配的動態(tài)內存(ptr = malloc(1024)) 并沒有被釋放。

三、用ACL線程接口操作線程局部變量

為了解決上述問題,ACL庫中實現(xiàn)了線程局部變量的簡單釋放功能:acl_pthread_atexit_add(void *arg, void (*free_callback)(void*)),修改上述代碼如下:

  1. static void free_fn(void *ptr)  
  2. {  
  3. free(ptr);  
  4. }  
  5.  
  6. static void *get_buf(void)  
  7. {  
  8. static __thread void *ptr = malloc(1024);  
  9.  
  10. acl_pthread_atexit_add(ptr, free_fn);  
  11. return (ptr);  
  12. }  
  13.  
  14. static void *thread_fn(void *arg)  
  15. {  
  16. char *ptr = (char*) get_buf();  
  17.  
  18. sprintf(ptr, "hello world");  
  19. printf(">>%s\n", ptr);  
  20. return (NULL);  
  21. }  
  22.  
  23. void test(void)  
  24. {  
  25. int   i, n = 10;  
  26. pthread_t tids[10];  
  27.  
  28. for (i = 0; i < n; i++) {  
  29. acl_pthread_create(&tids[i], NULL, thread_fn, NULL);  
  30. }  
  31.  
  32. for (i = 0; i < n; i++) {  
  33. acl_pthread_join(&tids[i], NULL);  
  34. }  
  35. }  
  36.    

ok, 一切問題得到解決。細心的讀者會發(fā)現(xiàn) pthread_create, pthread_join 前面都加了前綴: acl_, 這是因為 ACL庫對線程庫進行了封裝,以適應不同平臺下(UNIX、WIN32)下的使用,這個例子是跨平臺的,WIN32下同樣可用。

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責任編輯:yangsai 來源: JavaEye博客
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