在.Net 4.0的Thread里，新增了線程局部變量（ThreadLocal）類，可以很方便的實(shí)現(xiàn)線程專有存儲(chǔ)。

應(yīng)用場(chǎng)景

線程專有存儲(chǔ)應(yīng)被用于這樣的多線程應(yīng)用：它們經(jīng)常訪問(wèn)那些邏輯上是全局的、而物理上是專有于每個(gè)線程的對(duì)象。首先我們看如下這樣一個(gè)例子

    string errorMessage;

    void Process()
    {
        bool ret = Run();
        if (!ret && needDebug)
        {
            Console.WriteLine(errorMessage);
        }
    }

    bool Run()
    {
        try
        {
            //…-- do something
            return true;
        }
        catch (Exception e)
        {
            errorMessage = e.Message;
            return false;
        }
    }

這個(gè)函數(shù)中，Process為主體函數(shù)，當(dāng)它調(diào)用Run函數(shù)失敗后，為調(diào)式方便，打出Run函數(shù)的錯(cuò)誤信息。錯(cuò)誤信息采用成員變量errorMessage存放，為了減少Run函數(shù)的參數(shù)。

這種通過(guò)成員變量errorMessage在函數(shù)間傳遞信息的方式在單線程程序中可以很好的工作，但是在多線程應(yīng)用時(shí)卻往往會(huì)發(fā)生一些微妙的問(wèn)題：當(dāng)兩個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行Run函數(shù)時(shí)，先執(zhí)行的會(huì)被后執(zhí)行的線程覆蓋，導(dǎo)致輸出了錯(cuò)誤的后執(zhí)行的線程的調(diào)試信息。發(fā)生類似數(shù)據(jù)庫(kù)的臟讀錯(cuò)誤。

解決方案：

最直接的解決方案有兩種：

加鎖：在Process中加鎖，保證沒(méi)有兩個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)errorMessage

修改Run函數(shù)為bool Run(out string errorMessage)的形式，不通過(guò)errorMessage共享數(shù)據(jù)，使其支持并發(fā)操作。

這兩種方式都是有效的，但都有一些不足：加鎖時(shí)獲取和釋放互斥體有一個(gè)不小的開銷，當(dāng)共享的數(shù)據(jù)較多時(shí)修改Run函數(shù)會(huì)導(dǎo)致Run函數(shù)變得很難看，并且可能會(huì)由于改動(dòng)較大而導(dǎo)致大規(guī)模重構(gòu)。

針對(duì)上述兩種方式的不足，人們提出了線程專有存儲(chǔ)的解決方案，使用ThreadLocal類的解決方案如下：

    ThreadLocal<string> errorMessage = new ThreadLocal<string> ();

    void Process()
    {
        bool ret = Run();
        if (!ret && needDebug)
        {
            Console.WriteLine(errorMessage);
        }
    }

    bool Run()
    {
        try
        {
            …- do something
            return true;
        }
        catch (Exception e)
        {
            errorMessage.Value=e.Message;
            return false;
        }
    }

ThreadLocal類在每個(gè)線程下都分配一個(gè)獨(dú)立實(shí)例副本，每個(gè)線程都只訪問(wèn)到自己的實(shí)例，不會(huì)影響其它線程，從而解決讀臟數(shù)據(jù)的問(wèn)題。

ThreadLocal類也不是什么新概念，在C++、Java等語(yǔ)言的線程庫(kù)中都有相關(guān)實(shí)現(xiàn)，一些語(yǔ)言編譯器實(shí)現(xiàn)（如IBM XL FORTRAN）中甚至在語(yǔ)言的層次提供了直接的支持。其實(shí)實(shí)現(xiàn)的思路很簡(jiǎn)單：在ThreadLocal類中有一個(gè)哈希表，根據(jù)線程ID為key用于存儲(chǔ)每一個(gè)線程的變量的副本。由于現(xiàn)在沒(méi)啥相關(guān)資料，并且也是beta版的，我也懶得對(duì).Net中的具體實(shí)現(xiàn)和性能進(jìn)一步分析。

和上面的兩種方式相比，線程專有存儲(chǔ)有如下好處：

• 效率：線程專有存儲(chǔ)可實(shí)現(xiàn)成無(wú)需對(duì)線程專有數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖定。例如，通過(guò)將errno放入線程專有存儲(chǔ)中，每個(gè)線程都可以可靠地設(shè)置和測(cè)試該線程中的方法的完成狀態(tài)，而無(wú)需使用復(fù)雜的同步協(xié)議。這排除了線程中共享數(shù)據(jù)的鎖定開銷，比起獲取和釋放互斥體要更為迅捷。
• 易于使用：對(duì)于應(yīng)用程序員來(lái)說(shuō)，線程專有存儲(chǔ)使用起來(lái)很簡(jiǎn)單，因?yàn)橄到y(tǒng)開發(fā)者可以通過(guò)數(shù)據(jù)抽象或宏來(lái)使線程專有存儲(chǔ)的使用在源碼級(jí)完全透明化。

但也存在如下缺點(diǎn)：

• 它鼓勵(lì)了（線程安全的）全局變量的使用：許多應(yīng)用不要求多個(gè)線程通過(guò)公用訪問(wèn)點(diǎn)來(lái)訪問(wèn)線程專有的數(shù)據(jù)。如果是這樣，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)應(yīng)使只有擁有該數(shù)據(jù)的線程可對(duì)它進(jìn)行訪問(wèn)。
• 它隱藏了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：線程專有存儲(chǔ)的使用隱藏了應(yīng)用中的對(duì)象之間的關(guān)系，可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用更難被理解。

適用性

應(yīng)用有以下特性時(shí)可使用線程專有存儲(chǔ)：

• 應(yīng)用最初的編寫假定了單線程控制，并正在被移植到多線程環(huán)境，而又不能改變現(xiàn)有API
• 應(yīng)用含有多個(gè)占先式線程控制，可以任意的調(diào)度順序并發(fā)執(zhí)行；
• 每個(gè)線程控制調(diào)用一系列方法，這些方法共享只對(duì)該線程來(lái)說(shuō)是公用的數(shù)據(jù)；
• 在每個(gè)線程中被對(duì)象共享的數(shù)據(jù)必須通過(guò)一個(gè)全局可見的訪問(wèn)點(diǎn)來(lái)訪問(wèn)；
• 訪問(wèn)點(diǎn)"邏輯地"與其他線程共享，但在"物理上" 對(duì)于每個(gè)線程卻是唯一的；
• 數(shù)據(jù)在方法間隱式地傳遞，而不是經(jīng)由參數(shù)顯式地傳遞。

理解上面描述的特性對(duì)于使用（或不使用）線程專有存儲(chǔ)模式來(lái)說(shuō)是至關(guān)緊要的。例如，UNIX errno變量是一個(gè)數(shù)據(jù)例子：（1）邏輯上全局，但是物理上線程專有，以及（2）在方法間隱式地傳遞。

當(dāng)應(yīng)用有以下特性時(shí)，不要使用線程專有存儲(chǔ)模式：

• 多個(gè)線程為單個(gè)任務(wù)協(xié)同工作，該任務(wù)需要并發(fā)訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)。
  例如，多線程應(yīng)用可以對(duì)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)地進(jìn)行讀寫。在這樣的情況下，線程必須共享不是線程專有的記錄和表。如果使用線程專有存儲(chǔ)來(lái)存儲(chǔ)此數(shù)據(jù)庫(kù)，線程就不能共享這些數(shù)據(jù)。因而，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的訪問(wèn)必須通過(guò)同步原語(yǔ)（例如，互斥體）來(lái)控制，以使線程能在共享數(shù)據(jù)上協(xié)作。
• 維護(hù)物理和邏輯上都分離的數(shù)據(jù)要更為直觀和高效。
  例如，通過(guò)將數(shù)據(jù)作為參數(shù)顯式地傳遞給所有方法，有可能使線程訪問(wèn)僅在每個(gè)線程中可見的數(shù)據(jù)。在這樣的情況下，線程專有存儲(chǔ)模式有可能是不必要的。

到此這篇關(guān)于C#線程綁定ThreadLocal類的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。