线程局部存储（Thread-Local Storage, TLS）

[一、线程局部存储（Thread-Local Storage, TLS）的演示使用代码](#一、线程局部存储（Thread-Local Storage, TLS）的演示使用代码)

二、代码分析

1、线程局部存储（__thread关键字）

2、多线程创建与管理

[(1) 线程创建](#(1) 线程创建)

[(2) 线程等待](#(2) 线程等待)

[3、线程函数（routine1 和 routine2）](#3、线程函数（routine1 和 routine2）)

[(1) routine1：修改线程局部变量](#(1) routine1：修改线程局部变量)

[(2) routine2：读取线程局部变量](#(2) routine2：读取线程局部变量)

一、线程局部存储（Thread-Local Storage, TLS）的演示使用代码

cpp 复制代码

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>

// 该count叫做线程的局部存储！
__thread int count = 1;
// 线程局部存储有什么用？全局变量，我又不想让这个全局变量被其他线程看到！
// 线程局部存储，只能存储内置类型和部分指针

std::string Addr(int &c)
{
    char addr[64];
    snprintf(addr, sizeof(addr), "%p", &c);
    return addr;
}

void *routine1(void *args)
{
    (void)args;
    while (true)
    {
        std::cout << "thread - 1, count = " << count << "[我来修改count], "
                  << "&count: " << Addr(count) << std::endl;
        count++;
        sleep(1);
    }
}

void *routine2(void *args)
{
    (void)args;
    while (true)
    {
        std::cout << "thread - 2, count = " << count
                  << ", &count: " << Addr(count) << std::endl;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    pthread_t tid1, tid2;
    pthread_create(&tid1, nullptr, routine1, nullptr);
    pthread_create(&tid2, nullptr, routine2, nullptr);

    pthread_join(tid1, nullptr);
    pthread_join(tid2, nullptr);

    return 0;
}

二、代码分析

这段代码演示了线程局部存储（Thread-Local Storage, TLS）的使用，以及多线程环境下变量的访问行为。下面我将详细讲解其中的知识点：

1、线程局部存储（`__thread`关键字）

cpp 复制代码

__thread int count = 1;

作用：__thread 是 GCC 提供的扩展关键字，用于声明线程局部存储变量。每个线程会拥有该变量的独立副本，线程间不会相互干扰。

特点：

每个线程访问的是自己的副本，修改不会影响其他线程。
适用于全局变量但需要线程隔离的场景。
只能用于内置类型 和部分指针 （复杂对象如 std::string 不支持）。

对比普通全局变量：

普通全局变量会被所有线程共享，多线程修改会导致竞争条件（需用互斥锁保护）。
线程局部存储变量无需锁，因为天然隔离。

2、多线程创建与管理

(1) 线程创建

cpp 复制代码

pthread_t tid1, tid2;
pthread_create(&tid1, nullptr, routine1, nullptr);
pthread_create(&tid2, nullptr, routine2, nullptr);

函数原型：

cpp 复制代码

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine)(void *), void *arg);

参数说明：

thread：输出参数，保存线程 ID。
attr：线程属性（如栈大小、调度策略），nullptr 表示默认属性。
start_routine：线程入口函数。
arg：传递给入口函数的参数（此处未使用，强制转换为 (void)args 避免编译器警告）。

(2) 线程等待

cpp 复制代码

pthread_join(tid1, nullptr);
pthread_join(tid2, nullptr);

作用：主线程等待子线程结束，避免主线程退出导致子线程被强制终止。

参数：

第一个参数：线程 ID。
第二个参数：用于获取线程返回值（此处未使用）。

3、线程函数（`routine1` 和 `routine2`）

(1) `routine1`：修改线程局部变量

cpp 复制代码

void *routine1(void *args) {
    while (true) {
        std::cout << "thread - 1, count = " << count << "[我来修改count], "
                  << "&count: " << Addr(count) << std::endl;
        count++; // 修改的是线程1的副本
        sleep(1);
    }
}

行为：

每秒输出当前线程的 count 值及其地址。
修改 count（仅影响线程1的副本）。

(2) `routine2`：读取线程局部变量

cpp 复制代码

void *routine2(void *args) {
    while (true) {
        std::cout << "thread - 2, count = " << count
                  << ", &count: " << Addr(count) << std::endl;
        sleep(1);
    }
}

行为：

每秒输出当前线程的 count 值及其地址。
不修改 count，但即使修改也不会影响线程1的副本。

4、地址打印函数（`Addr`）

cpp 复制代码

std::string Addr(int &c) {
    char addr[64];
    snprintf(addr, sizeof(addr), "%p", &c);
    return addr;
}

作用：将变量的地址格式化为字符串，用于验证不同线程的 count 是否为同一内存地址。

关键点：

线程局部存储的变量在不同线程中地址不同（因为每个线程有独立副本）。
如果是普通全局变量，所有线程打印的地址会相同。

5、代码执行结果分析

预期输出：

两个线程输出的 count 值初始均为 1，但后续互不影响。
线程1的 count 会递增（如 1, 2, 3,...），而线程2的 count 始终为 1（除非线程2也修改自己的副本）。
两个线程打印的 &count 地址不同，证明是独立副本。

示例片段：

6、线程局部存储的局限性

仅支持简单类型 ：如 int、float、指针等，不支持 std::string 等复杂对象（会引发编译错误）。
初始化时机：变量在首次访问时初始化，线程退出时销毁。
替代方案 ：C++11 提供了更标准的 thread_local 关键字：
cpp 复制代码
```
thread_local int count = 1; // 功能与 __thread 类似
```

7、潜在问题与改进

无限循环：线程函数没有退出条件，实际使用时需通过标志位控制。
输出竞争 ：std::cout 是共享资源，多线程同时输出可能导致交错（此处因 sleep(1) 延迟较难重现，但严格来说应加锁）。

C++11 线程库 ：建议使用 <thread> 替代 POSIX 线程（更现代、类型安全）：

cpp 复制代码

#include <thread>
std::thread t1(routine1, nullptr);
std::thread t2(routine2, nullptr);
t1.join(); t2.join();

8、总结

核心知识点 ：线程局部存储（__thread/thread_local）实现了变量的线程隔离。
关键观察：通过打印地址验证不同线程的变量副本独立性。
应用场景：需要全局变量但又避免多线程竞争时（如线程独立的计数器、临时缓冲区等）。