线程局部存储作用

❶ 线程特有数据(Thread Specific Data)

在单线程程序中，我们经常要使用 全局变量 来实现多个函数间共享数据。在多线程环境下，由于数据空间是共享的，因此全局变量也为所有线程所共有。但有时在应用程序设计中有必要提供 线程私有 的全局变量，仅在某个线程中有效，但可以跨多个函数访问，这样每个线程访问它自己独立的数据空间，而不用担心和其它线程的同步访问。

这样在一个线程内部的各个函数都能访问、但其它线程不能访问的变量，我们就需要使用 线程局部静态变量 (Static memory local to a thread) 同时也可称之为 线程特有数据 （Thread-Specific Data 或 TSD），或者 线程局部存储 （Thread-Local Storage 或 TLS）。

POSIX 线程库提供了如下 API 来管理线程特有数据（TSD）：

第一参数 key 指向 pthread_key_t 的对象的指针。请 注意 这里 pthread_key_t 的对象占用的空间是用户事先分配好的， pthread_key_create 不会动态生成 pthread_key_t 对象。
第二参数 desctructor ，如果这个参数不为空，那么当每个线程结束时，系统将调用这个函数来释放绑定在这个键上的内存块。

有时我们在线程里初始化时，需要避免重复初始化。我们希望一个线程里只调用 pthread_key_create 一次，这时就要使用 pthread_once 与它配合。

第一个参数 once_control 指向一个 pthread_once_t 对象，这个对象必须是常量 PTHREAD_ONCE_INIT ，否则 pthread_once 函数会出现不可预料的结果。
第二个参数 init_routine ，是调用的初始化函数，不能有参数，不能有返回值。
如果成功则返回0，失败返回非0值。

创建完键后，必须将其与线程数据关联起来。关联后也可以获得某一键对应的线程数据。关联键和数据使用的函数为：

第一参数 key 指向键。
第二参数 value 是欲关联的数据。
函数成功则返回0，失败返回非0值。

注意： 用 pthread_setspecific 为一个键指定新的线程数据时，并不会主动调用析构函数释放之前的内存，所以调用线程必须自己释放原有的线程数据以回收内存。

获取与某一个键关联的数据使用函数的函数为：

参数 key 指向键。
如果有与此键对应的数据，则函数返回该数据，否则返回NULL。

删除一个键使用的函数为：

参数 key 为要删除的键。
成功则返回0，失败返回非0值。

注意： 该函数将键设置为可用，以供下一次调用 pthread_key_create() 使用。它并不检查当前是否有线程正在使用该键对应的线程数据，所以它并不会触发函数 pthread_key_create 中定义的 destructor 函数，也就不会释放该键关联的线程数据所占用的内存资源，而且在将 key 设置为可用后，在线程退出时也不会再调用析构函数。所以在将 key 设置为可用之前，必须要确定:

在 linux 中每个进程有一个全局的数组 __pthread_keys ，数组中存放着 称为 key 的结构体，定义类似如下：

在 key 结构中 seq 为一个序列号，用来作为使用标志指示这个结构在数组中是否正在使用，初始化时被设为0，即表示 不在使用 。 destructor 用来存放一个析构函数指针。

pthread_create_key 会从数组中找到一个还未使用的 key 元素，将其序列号 seq 加1，并记录析构函数地址，并将 key 在数组 __pthread_keys 中的 下标 作为返回值返回。那么如何判断一个 key 正在使用呢？

如果 key 的序列号 seq 为偶数则表示未分配，分配时将 seq 加1变成奇数，即表示正在使用。这个操作过程采用原子 CAS 来完成，以保证线程安全。在 pthread_key_delete() 时也将序列号 seq 加1，表示可以再被使用，通过序列号机制来保证回收的 key 不会被复用（复用 key 可能会导致线程在退出时可能会调用错误的析构函数）。但是一直加1会导致序列号回绕，还是会复用 key ，所以调用 pthread_create_key 获取可用的 key 时会检查是否有回绕风险，如果有则创建失败。

除了进程范围内的 key 结构数组外，系统还在进程中维护关于每个线程的控制块 TCB（用于管理寄存器，线程栈等），里面有一个 pthread_key_data 类型的数组。这个数组中的元素数量和进程中的 key 数组数量相等。 pthread_key_data 的定义类似如下：

根据 pthread_key_create() 返回的可用的 key 在 __pthread_keys 数组中的下标， pthread_setspecific() 在 pthread_key_data 的数组 中定位相同下标的一个元素 pthread_key_data ，并设置其序号 seq 设置为对应的 key 的序列号，数据指针 data 指向设置线程特有数据（TSD）的值。

pthread_getspecific() 用于将 pthread_setspecific() 设置的 data 取出。

线程退出时， pthread_key_data 中的序号 seq 用于判断该 key 是否仍在使用中（即与在 __pthread_keys 中的同一个下标对应的 key 的序列号 seq 是否相同），若是则将 pthread_key_data 中 data（即 线程特有数据 TSD）作为参数调用析构函数。

由于系统在每个进程中 pthread_key_t 类型的数量是有限的，所有在进程中并不能获取无限个 pthread_key_t 类型。Linux 中可以通过 PTHREAD_KEY_MAX（定义于 limits.h 文件中）或者系统调用 sysconf(_SC_THREAD_KEYS_MAX) 来确定当前系统最多支持多少个 key 。 Linux 中默认是 1024 个 key，这对大多数程序来书已经够了。如果一个线程中有多个线程局部存储变量（TLS），通常可以将这些变量封装到一个数据结构中，然后使用封装后的数据结构和一个线程局部变量相关联，这样就能减少对键值的使用。

https://blog.csdn.net/hustraiet/article/details/9857919
https://blog.csdn.net/hustraiet/article/details/9857919
https://blog.csdn.net/caigen1988/article/details/7901248
http://www.bitools.com/?p=2443
https://spockwangs.github.io/blog/2017/12/01/thread-local-storage/
https://www.jianshu.com/p/71c2f80d7bd1
https://blog.csdn.net/cywosp/article/details/26469435
http://www.embeddedlinux.org.cn/emblinuxappdev/117.htm

❷ 线程局部存储的简介

在一个线程修改的内存内容，对所有线程都生效。这是一个优点也是一个缺点。说它是优点，线程的数据交换变得非常快捷。说它是缺点，一个线程死掉了，其它线程也性命不保; 多个线程访问共享数据，需要昂贵的同步开销，也容易造成同步相关的BUG。
如果需要在一个线程内部的各个函数调用都能访问、但其它线程不能访问的变量（被称为static memory local to a thread 线程局部静态变量），就需要新的机制来实现。这就是TLS。
线程局部存储在不同的平台有不同的实现，可移植性不太好。幸好要实现线程局部存储并不难，最简单的办法就是建立一个全局表，通过当前线程ID去查询相应的数据，因为各个线程的ID不同，查到的数据自然也不同了。但Windows系统采用了每个线程建线程专享的索引表，表的条目为线程局部存储的地址。在线程执行的任何代码处，都可以查询本线程的这个索引表获得要访问的线程局部存储的地址。
大多数平台都提供了线程局部存储的方法，无需要我们自己去实现：

❸ threadlocal使用场景和原理是什么

ThreadLocal主要应用于那些每个线程需要拥有独立的、不会被其他线程共享的数据存储场景。当一个变量需要在多个方法中使用，但又不需要跨线程共享时，ThreadLocal就派上用场。它的核心原理在于为每个线程创建一个独立的变量副本，从而避免了多线程环境下的同步和并发问题。

相反，线程同步的主要目标是解决多线程中对共享变量的并发访问。它确保每个线程都能准确获取到变量的最新值，防止数据竞争。比如在多个线程同时写入同一个变量时，为了防止数据不一致，通常需要使用锁等同步机制来控制访问。

ThreadLocal的设计思想是为每个线程提供一个线程局部存储空间，这样就无需在整个线程中进行同步，简化了并发控制，提高了效率。在Spring框架中，ThreadLocal被广泛用于需要线程隔离的场景，如保存用户的会话信息等，以避免跨线程操作带来的复杂性。