线程与私有数据

beyes

在多线程程序中，经常要用全局变量来实现多个函数间的数据共享。由于数据空间是共享的，因此全局变量也为所有进程共有。但有时应用程序设计中必要提供线程私有的全局变量，这个变量仅在线程中有效，但却可以跨过多个函数访问。

比如在程序里可能需要每个线程维护一个链表，而会使用相同的函数来操作这个链表，最简单的方法就是使用同名而不同变量地址的线程相关数据结构。这样的数据结构可以由 Posix 线程库维护，成为线程私有数据 (Thread-specific Data，或称为 TSD)。

这里主要测试和线程私有数据有关的 4 个函数：

pthread_key_create();
pthread_key_delete();

pthread_getspecific();
pthread_setspecific();

程序代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

pthread_key_t key;

struct test_struct {
    int i;
    float k;
};


void *child1 (void *arg)
{
    struct test_struct struct_data;

    struct_data.i = 10;
    struct_data.k = 3.1415;

    pthread_setspecific (key, &struct_data);
    printf ("结构体struct_data的地址为 0x%p\n", &(struct_data));
    printf ("child1 中 pthread_getspecific(key)返回的指针为:0x%p\n", (struct test_struct *)pthread_getspecific(key));

    printf ("利用 pthread_getspecific(key)打印 child1 线程中与key关联的结构体中成员值:\nstruct_data.i:%d\nstruct_data.k: %f\n", ((struct test_struct *)pthread_getspecific (key))->i, ((struct test_struct *)pthread_getspecific(key))->k);

    printf ("------------------------------------------------------\n");
}

void *child2 (void *arg)
{
    int temp = 20;
    sleep (2);
    printf ("child2 中变量 temp 的地址为 0x%p\n",  &temp);
    pthread_setspecific (key, &temp);
    printf ("child2 中 pthread_getspecific(key)返回的指针为:0x%p\n", (int *)pthread_getspecific(key));
    printf ("利用 pthread_getspecific(key)打印 child2 线程中与key关联的整型变量temp 值:%d\n", *((int *)pthread_getspecific(key)));
}

int main (void)
{
    pthread_t tid1, tid2;

    pthread_key_create (&key, NULL);

    pthread_create (&tid1, NULL, (void *)child1, NULL);
    pthread_create (&tid2, NULL, (void *)child2, NULL);
    pthread_join (tid1, NULL);
    pthread_join (tid2, NULL);

    pthread_key_delete (key);

    return (0);
}

运行与输出：

 ./pthread_key
结构体struct_data的地址为 0x0xb7699388
child1 中 pthread_getspecific(key)返回的指针为:0x0xb7699388
利用 pthread_getspecific(key)打印 child1 线程中与key关联的结构体中成员值:
struct_data.i:10
struct_data.k: 3.141500
------------------------------------------------------
child2 中变量 temp 的地址为 0x0xb6e9838c
child2 中 pthread_getspecific(key)返回的指针为:0x0xb6e9838c

由输出可见，pthread_getspecific() 返回的是与key 相关联数据的指针。需要注意的是，在利用这个返回的指针时，它首先是 void 类型的，它虽然指向关联的数据地址处，但并不知道指向的数据类型，所以在具体使用时，要对其进行强制类型转换。
其次，两个线程对自己的私有数据操作是互相不影响的。也就是说哦，虽然 key 是同名且全局，但访问的内存空间并不是相同的一个。key 就像是一个数据管理员，线程的私有数据只是到他那去注册，让它知道你这个数据的存在。

beyes

程序代码：

#include <malloc.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

pthread_key_t thread_log_key;

/*通用函数里可以利用 pthread_getspecific() 处理线程各自的私有数据*/
void write_to_thread_log (const char *message)
{
    FILE *thread_log = (FILE *)pthread_getspecific (thread_log_key);
    fprintf (thread_log, "%s\\n", message);
}

void close_thread_log (void *thread_log)
{
    fclose ((FILE *)thread_log);
}

void *thread_function (void *args)
{
    char thread_log_filename[128];
    char thread_start_message[128];

    FILE *thread_log;

    sprintf (thread_log_filename, "thread%u.log", pthread_self());

    thread_log = fopen (thread_log_filename, "w");

    pthread_setspecific (thread_log_key, thread_log); //每个线程都设置自己的私有数据

    sprintf (thread_start_message, "thread %u starting", pthread_self());
    write_to_thread_log (thread_start_message); 

    pthread_exit(NULL);
}

int main()
{
    int i;
    pthread_t threads[5];

        /*创建私有数据键,close_thread_log 在线程退出时对 key 关联数据进行清理*/
    pthread_key_create (&thread_log_key, close_thread_log); 
   
    for (i = 0; i < 5; i++)
        pthread_create (&threads[i], NULL, thread_function, NULL); //创建多线程
   
    for (i = 0; i < 5; i++)
        pthread_join (threads[i], NULL);  //等待各个线程结束

    return (0);
}

运行与输出：

./pthread_key2
ls *log
thread3040865136.log  thread3049257840.log  thread3059047280.log  thread3067439984.log  thread3075832688.log
cat thread3040865136.log
thread 3040865136 starting