C++之thread

目录

1.C++ 的存储类型

1.1.存储周期（Storage duration）

1.2.存储类型说明符（Storage class specifiers）

1.3.存储类型说明符与存储周期的关系

2.thread_local简介

3.thread_local 应用

3.1.thread_local 与全局变量

3.2.thread_local 与 static变量

3.3.thread_local 与 成员变量

3.4.thread_local 与初始化

4.thread_local 的用处

5.性能考虑

6.替代方案

7.总结

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1.C++ 的存储类型

1.1.存储周期（Storage duration）

        存储周期表示一个变量的存储空间持续的时间，它应该与对象的语义生命周期一致（或至少不小于对象的语义生命周期）。C++ 98从 C 继承了三种存储周期，分别是静态存储周期（static storage duration）、自动存储周期（automatic storage duration）和动态存储周期（dynamic storage duration），C++ 11 又增加了一种线程存储周期（thread storage duration）。

        存储周期只是一个概念，是程序语义范畴内的东西，但不是语法的范畴。这个概念在语法上的表示则由下一节介绍的存储类型说明符（Storage class specifiers）展示。

1.2.存储类型说明符（Storage class specifiers）

        存储类型说明符（Storage class specifiers）也被称为存储类型，它们是变量声明语法中类型说明符的一部分，它们和变量名的范围一起控制变量的两个独立属性，即存储周期（storage duration）和链接属性（ linkage）。C++ 98从 C 语言继承了 auto、register、static 和 extern 四种类型，同时补充了一种 mutable，C++ 11 针对线程存储周期又增加了一个线程本地存储的说明符 thread_local。关于这几个存储类型说明符的作用，请参考下表：

类型	说明	备注
auto	自动存储周期，也是变量的默认存储类型，由变量的域范围决定变量的存储周期，比如局部变量的存储周期随着域的结束而结束，而全局变量的存储周期则与程序的运行时间一致	从 C++11 开始，显示使用 auto 存储类型会导致编译错误。比如 auto int i; 会导致编译错误
register	也是自动存储类型，不过暗示编译器会择机将其放置在寄存器中以提高数据存取的效率	在 C++ 17 被移除标准，以后应避免使用这个存储类型
static	静态或线程存储周期，采用内部链接（对于不属于匿名名字空间（anonymous namespace）的静态类成员，采用外部链接）	static 表示一个对象具有静态存储持续周期。它的生命周期是程序的整个执行过程，其存储的值在程序启动之前只初始化一次
extern	静态或线程存储周期，采用外部链接
mutable	严格来说，这不是一种存储类型，因为它既不影响变量的存储周期，也不影响链接属性，它只是表示一种可以“不动声色”地修改常量对象成员的机会。
thread_local	线程存储类型

1.3.存储类型说明符与存储周期的关系

C++ 中变量存储周期与变量类型说明符的关系如下表所示：

存储周期	变量类型与类型说明符
自动存储周期	显式使用 register 声明的变量，或隐式声明为 static 或 extern 的作用域内部变量，没有明确指定存储类型说明符的变量
静态存储周期	1、非 thread_local 声明的全局（非局部）变量；2、非动态生成（使用 new 创建）的非局部变量；3、用 static 声明的局部变量、全局变量和类成员变量
动态存储周期	1、使用 new 表达式创建（非 placement_new），并且使用 delete 销毁的对象；2、使用其他动态分配函数和动态释放函数管理的对象存储位置
线程存储周期	使用 thread_local 声明的所有变量，包括局部变量、全局变量和成员变量

2.thread_local简介

        thread_local 是 C++11 为线程安全引进的变量声明符。表示对象的生命周期属于线程存储期。

        线程局部存储(Thread Local Storage，TLS)是一种存储期(storage duration)，对象的存储是在线程开始时分配，线程结束时回收，每个线程有该对象自己的实例；如果类的成员函数内定义了 thread_local 变量，则对于同一个线程内的该类的多个对象都会共享一个变量实例，并且只会在第一次执行这个成员函数时初始化这个变量实例。

        thread_local 一般用于需要保证线程安全的函数中。本质上，就是线程域的全局静态变量。

3.thread_local 应用

3.1.thread_local 与全局变量

        使用 thread_local 声明的变量会在每个线程中维护一个该变量的实例，线程之间互不影响，这里我们用一个普通的全局变量和一个 thread_local 类型的全局变量做对比，说明一下这种存储类型的变量有什么性质。

std::mutex print_mtx;    //避免打印被冲断
thread_local int thread_count = 1;
int global_count = 1;
void ThreadFunction(const std::string& name, int cpinc)
{
    for (int i = 0; i