线程局部存储TLS

进程和线程实现并发，它们各自都有优缺点。进程是因为具有独立的进程地址空间，所以在创建进程和销毁进程时需要额外的开销，但是由于进程间的数据是独立的，因此一般情况下当一个进程出现意外死去的时候，是不会影响到其它线程的。但是线程和父线程共享全局变量，它只具有独立的堆栈空间和寄存器，虽然在创建线程和销毁线程时需要的开销比进程小很多，但是一般情况下当一个线程意外死去的时候，会导致整个主线程的崩溃。但是TLS（thread local storage）为线程这一弊端提供了有效的解决办法。TLS简单的来说，就是有一个变量（通常是指针变量，指向一个数据类型），不同线程都有一个该变量的副本，那么当我们在不同线程使用该变量的时候就会获得不同的值。因此真能有效的解决不同线程中对共享全局变量的操作冲突的问题（当然也可以使用互斥锁之类的通信实现，不过这会存在当某个线程中对该全局变量操作不适当，引起其他线程崩溃的弊端）。TLS在不同的平台有不同的实现方法。我们先说说在Windows中的实现方法：

我们知道在Windows平台下，创建线程时，操作系统会提供一个结构来描述线程，这个结构叫做TEB((Thread Environment Block)，每个线程都对应一个TEB，切换线程的时候，也会切换到不同的TEB。有某个指针值指向当前的TEB, 切换线程的时候就改变这个指针值，这样访问线程相关的数值，就可以统一从这个指针值找起。windows中，这个线程指针值放在fs寄存器。

TEB中存放的都是和进程有关的变量，其中有一个是TLS数组指针，该数组存储了线程的有关数据。当每个线程创建的时候，都有有一个TLS数组随之创建，我们可以通过Windows下的

DWORD WINAPI TlsAlloc(void);

函数获得TLS数组中哪个index可用，然后再调用TlsSetValue()，TlsGetValue()，和TlsFree()函数对该数组的索引进行操作，通过调用GetLastError()函数可以查看上述函数是否调用成功。下面是MSDN上的函数原型：

BOOL WINAPI TlsSetValue(
  _In_      DWORD dwTlsIndex,
  _In_opt_  LPVOID lpTlsValue
);

LPVOID WINAPI TlsGetValue(
  _In_  DWORD dwTlsIndex
);

BOOL WINAPI TlsFree(
  _In_  DWORD dwTlsIndex
);

那么为什么通过设置TLS数组就可以实现线程局部存储呢？因为我们在获取可用的index的时候，实际上是获得其在TEB结构中的偏移量，当我们转换线程的时候，指向线程的TEB指针也会随之转换，那么我们就可以实现对不同线程的TEB结构的同一偏移量的数据进行操作，也就实现了线程局部存储。

至于Linux下的线程局部存储就是另一种的实现方式了。Linux下提供线程局部存储的操作函数如下：

int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void*));
int pthread_key_delete(pthread_key_t key);
void *pthread_getspecific(pthread_key_t key);
int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value);

从函数来看，Linux下应该是没有采用TLS数组的方法。它是定义一个pthread_key_t 类型的 key作为全局变量，它是通过调用pthread_key_create()函数创建该变量，其中pthread_key_create()的第二参数是一个清理函数，用来在线程释放该线程存储的时候被调用。该函数指针可以设成 NULL ，这样系统将调用默认的清理函数。其余三个函数通过字面意思就可以理解它们的用处了。