MFC中的TLS

Windows操作系统提供了Process/Thread的程序模型，其中Process是资源的分配对象
，掌握了程序所拥有的资源，而Thread则代表了程序的运行，是操作系统调度的对象。需
要注意，操作系统中，这两种东西都是一种KERNEL32对象。分别由Process DataBase和Th
read DataBase来表示。具体可以参考Matt Petrik的Windows 95 Programing Secret。

    Thread Local Storage是一个实现Thread的全局数据的机制，并且这些数据仅仅在这
个Thread中可见，因为这些数据保存在该Thread的Thread DataBase中：在每一个Thread
DataBase中都定义了一个64元的DWORD数组用来保存这些数据。同时操作系统也提供了相应
的函数来完成对这些数据的操作，如：TlsAlloc，TlsFree，TlsSetValue，TlsGetValue。

    在MFC中，也提供了TLS功能，为此MFC设计了一系列的类和程序来完成这个任务。具体
的程序在afxtls.cpp和afxtls_.h中。
涉及到的主要的类有：
class CTypedSimpleList : public CSimpleList
struct CThreadData : public CNoTrackObject
struct CSlotData
class CThreadSlotData
class CThreadLocal : public CThreadLocalObject
    其中CThreadSlotData是封装TLS的最重要的类，CTypedSimpleList，CSlotData，CTh
readDAta都是为了封装TLS而设计的只具有辅助功能的类。CThreadLocal是更高层的封装。

    首先让我们来对其数据封装方式进行分析，重要的类的定义及其分析如下所示：(为简
单起见，只列出数据成员而不再列出函数成员)
定义：
class CThreadSlotData
{
public:
DWORD m_tlsIndex;
int m_nAlloc;   
int m_nRover; 
int m_nMax;   
CSlotData* m_pSlotData;
CTypedSimpleList<CThreadData*> m_list;
CRITICAL_SECTION m_sect;
};
分析：
    在afxtls.cpp中定义了一个CThreadSlotData类的全局变量：_afxThreadData。在CTh
readLocal的成员函数中大量使用了这个全局变量来访问TLS功能。
DWORD m_tlsIndex
用来保存TLS数据的索引，也就是在Thread DataBase中64元数组中的偏移量，这个数据在
CThreadSlotData类的构造函数中初始化。
int m_nAlloc
int m_nRover
int m_nMax
这三个变量用来分配slot和记录相关状态，比如m_nAlloc用来保存当前已经分配的slot的
个数。线程为每一个TLS数据分配一个slot。
CSlotData* m_pSlotData;
用来记录已经分配的每一个slot的状态：已经使用或是尚未使用。
CTypedSimpleList<CThreadData*> m_list;
CThreadSlotData为每一个Thread实现一个并且只实现一个CThreadData对象，并且用链表
类对象m_list来管理它们。实际上，真正被保存到Thread DataBase中去的是这个CThread
Data对象的指针，而程序员要保存的TLS数据被保存到这个CThreadData对象的pData成员指
向的动态数组中。所有Thread的CThreadData对象通过CThreadData对象的pNext成员连成链
表，并由CTypedSimpleList<CThreadData*> m_list管理。
CRITICAL_SECTION m_sect;
由于所有Thread的TLS操作都要靠访问_afxThreadData来实现，这样就产成了多线程同步的
问题，m_sect就是用来进行线程同步的变量。保证每次只有一个Thread在访问_afxThread
Data中的成员变量。

定义：
struct CThreadData : public CNoTrackObject
{
CThreadData* pNext; // required to be member of CSimpleList
int nCount;         // current size of pData
LPVOID* pData;      // actual thread local data (indexed by nSlot)
};
分析：
    CThreadData用来辅助CThreadSlotData来完成TLS功能。每一个Thread的TLS数据都要
靠一个CThreadData对象来管理和保存。
CThreadData* pNext
在CThreadSlotData中，CThreadData由一个链表来管理，pNext用来把各个Thread的CThre
adData对象连成链表。
int nCount
指出用于保存TLS数据指针的动态数组的长度。
LPVOID* pData
在CThreadData保存的实际上是各个TLS数据的指针，为此定义了一个指针数组，nCount用
来指示数组长度，pData用来指出数组的基地址。

定义：
struct CSlotData
{
DWORD dwFlags;      // slot flags (allocated/not allocated)
HINSTANCE hInst;    // module which owns this slot
};
分析：
    CSlotData用来辅助CThreadSlotData来完成TLS功能。每一个Thread的TLS数据都要靠
一个CThreadData对象来保存，具体实现是把TLS数据的指针保存在CThreadData对象的动态
指针数组中(基地址由pData指出)。而这个数组中每一个成员的使用状况则由一个与之长度
相同的CSlotData数组来表示，具体由DWORD dwFlags来表明。

    从上面的分析不难发现，MFC中TLS功能的封装是这样的，所有Thread的TLS数据指针都
保存在一个动态的指针数组中，而该数组的基地址由一个CThreadData对象的 pData指出。
同时，保存在Thread DataBase中的是这个CThreadData对象的指针，而不是TLS数据的指针
，并且其索引值均相同，都为CThreadSlotData类中的m_tlsIndex成员。而且，在CThread
SlotData中提供了一个链表来管理所有Thread的CThreadData对象。这样CThreadSlotData
类就能访问所有的Thread的TLS数据。见图tls.bmp。(为了方便，我把图放到了签名档中了
，就在下面)


    下面来进一步说明如何使用TLS功能。
    为了方便TLS的使用，MFC设计了CThreadLocal类。它是一个模板类，具体的定义如下
：
template<class TYPE>
class CThreadLocal : public CThreadLocalObject
{
// Attributes
public:
AFX_INLINE TYPE* GetData()
{
TYPE* pData = (TYPE*)CThreadLocalObject::GetData(&CreateObject);
ASSERT(pData != NULL);
return pData;
}
AFX_INLINE TYPE* GetDataNA()
{
TYPE* pData = (TYPE*)CThreadLocalObject::GetDataNA();
return pData;
}
AFX_INLINE operator TYPE*()
{ return GetData(); }
AFX_INLINE TYPE* operator->()
{ return GetData(); }

// Implementation
public:
static CNoTrackObject* AFXAPI CreateObject()
{ return new TYPE; }
};
    在使用CThreadLocal时，只要用CThreadLocal<ClassType> name;即可构造一个类型为
ClassType的TLS数据，注意ClassType必须以CNoTrackObject为基类。实际上上述声明定义
了一个名称为name的CThreadLocal对象，但是通过这个CThreadLocal对象，即可生成并访
问类型为ClassType的TLS数据。