在單線程程序中，我們經(jīng)常要使用全局變量來實現(xiàn)多個函數(shù)間共享數(shù)據(jù)。在多線程環(huán)境下，由于數(shù)據(jù)空間是共享的目胡，因此全局變量也為所有線程所共有。但有時在應(yīng)用程序設(shè)計中有必要提供線程私有的全局變量诚隙，僅在某個線程中有效讶隐，但可以跨多個函數(shù)訪問，這樣每個線程訪問它自己獨立的數(shù)據(jù)空間久又，而不用擔(dān)心和其它線程的同步訪問巫延。
比如：在程序中每個線程都使用同一個指針?biāo)饕粋€鏈表，并在多個函數(shù)內(nèi)通過指針對鏈表進行操作地消，但是每個線程通過指針?biāo)饕逆湵矶际亲约邯氂械臄?shù)據(jù)炉峰。
線程特有數(shù)據(jù)(Thread Specific Data)
這樣在一個線程內(nèi)部的各個函數(shù)都能訪問、但其它線程不能訪問的變量脉执，我們就需要使用線程局部靜態(tài)變量(Static memory local to a thread) 同時也可稱之為線程特有數(shù)據(jù)（Thread-Specific Data 或 TSD）疼阔，或者線程局部存儲（Thread-Local Storage 或 TLS）。
POSIX 線程庫提供了如下 API 來管理線程特有數(shù)據(jù)（TSD）：
1. 創(chuàng)建 key
int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void (*destructor)(void *))半夷；
第一參數(shù) key 指向 pthread_key_t 的對象的指針婆廊。請注意這里 pthread_key_t 的對象占用的空間是用戶事先分配好的，pthread_key_create 不會動態(tài)生成 pthread_key_t 對象巫橄。
第二參數(shù) desctructor淘邻，如果這個參數(shù)不為空，那么當(dāng)每個線程結(jié)束時湘换，系統(tǒng)將調(diào)用這個函數(shù)來釋放綁定在這個鍵上的內(nèi)存塊宾舅。
2. 動態(tài)數(shù)據(jù)初始化
有時我們在線程里初始化時，需要避免重復(fù)初始化彩倚。我們希望一個線程里只調(diào)用 pthread_key_create 一次筹我，這時就要使用 pthread_once與它配合。
int pthread_once(pthread_once_t *once_control, void (*init_routine)(void))帆离；
第一個參數(shù) once_control 指向一個 pthread_once_t 對象蔬蕊，這個對象必須是常量 PTHREAD_ONCE_INIT，否則 pthread_once 函數(shù)會出現(xiàn)不可預(yù)料的結(jié)果哥谷。
第二個參數(shù) init_routine袁串，是調(diào)用的初始化函數(shù)概而，不能有參數(shù)，不能有返回值囱修。
如果成功則返回0赎瑰，失敗返回非0值。
3. 鍵與線程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)
創(chuàng)建完鍵后破镰，必須將其與線程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來餐曼。關(guān)聯(lián)后也可以獲得某一鍵對應(yīng)的線程數(shù)據(jù)。關(guān)聯(lián)鍵和數(shù)據(jù)使用的函數(shù)為：
int pthread_setspecific(pthread_key_t *key, const void *value)鲜漩；
第一參數(shù) key 指向鍵源譬。
第二參數(shù) value 是欲關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。
函數(shù)成功則返回0孕似，失敗返回非0值踩娘。
注意：用 pthread_setspecific 為一個鍵指定新的線程數(shù)據(jù)時，并不會主動調(diào)用析構(gòu)函數(shù)釋放之前的內(nèi)存喉祭，所以調(diào)用線程必須自己釋放原有的線程數(shù)據(jù)以回收內(nèi)存养渴。
4. 獲取鍵管理的線程數(shù)據(jù)
獲取與某一個鍵關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)使用函數(shù)的函數(shù)為：
void *pthread_getspecific(pthread_key_t *key);
參數(shù) key 指向鍵。
如果有與此鍵對應(yīng)的數(shù)據(jù)泛烙，則函數(shù)返回該數(shù)據(jù)理卑，否則返回NULL。
5. 刪除一個鍵
刪除一個鍵使用的函數(shù)為：
int pthread_key_delete(pthread_key_t key);
參數(shù) key 為要刪除的鍵蔽氨。
成功則返回0藐唠，失敗返回非0值。
注意：該函數(shù)將鍵設(shè)置為可用鹉究，以供下一次調(diào)用 pthread_key_create() 使用宇立。它并不檢查當(dāng)前是否有線程正在使用該鍵對應(yīng)的線程數(shù)據(jù)，所以它并不會觸發(fā)函數(shù) pthread_key_create 中定義的 destructor 函數(shù)自赔，也就不會釋放該鍵關(guān)聯(lián)的線程數(shù)據(jù)所占用的內(nèi)存資源妈嘹，而且在將 key 設(shè)置為可用后，在線程退出時也不會再調(diào)用析構(gòu)函數(shù)匿级。所以在將 key 設(shè)置為可用之前蟋滴，必須要確定:
- 所有線程已經(jīng)析構(gòu) key 對應(yīng)的線程變量（要么顯示析構(gòu)染厅，要么線程退出）;
- 不再使用該 key痘绎。 這兩個條件一般難以確定，所以實際使用時一般也不會將一個 key 設(shè)置為可用.
線程特有數(shù)據(jù)(TSD)的實現(xiàn)
在 Linux 中每個進程有一個全局的數(shù)組 __pthread_keys肖粮，數(shù)組中存放著 稱為 key 的結(jié)構(gòu)體孤页，定義類似如下：
struct pthread_key_struct {
uintptr_t seq;
void (*destructor)(void*);
} __pthread_keys[PTHREAD_KEYS_MAX];
在 key 結(jié)構(gòu)中 seq 為一個序列號，用來作為使用標(biāo)志指示這個結(jié)構(gòu)在數(shù)組中是否正在使用涩馆，初始化時被設(shè)為0行施，即表示不在使用允坚。destructor 用來存放一個析構(gòu)函數(shù)指針。
如果
destructor不為空蛾号，在線程退出時稠项，將key對應(yīng)的 TSD 作為參數(shù)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，以釋放分配的緩存區(qū)鲜结。
pthread_create_key 會從數(shù)組中找到一個還未使用的 key 元素展运，將其序列號 seq 加1，并記錄析構(gòu)函數(shù)地址精刷，并將 key 在數(shù)組 __pthread_keys 中的下標(biāo)作為返回值返回拗胜。那么如何判斷一個 key 正在使用呢？
#define KEY_UNUSED(seq) (((seq) & 1) == 0)
如果 key 的序列號 seq 為偶數(shù)則表示未分配怒允，分配時將 seq 加1變成奇數(shù)埂软，即表示正在使用。這個操作過程采用原子 CAS 來完成纫事，以保證線程安全勘畔。在 pthread_key_delete() 時也將序列號 seq 加1，表示可以再被使用儿礼，通過序列號機制來保證回收的 key 不會被復(fù)用（復(fù)用 key 可能會導(dǎo)致線程在退出時可能會調(diào)用錯誤的析構(gòu)函數(shù)）咖杂。但是一直加1會導(dǎo)致序列號回繞，還是會復(fù)用 key蚊夫，所以調(diào)用 pthread_create_key 獲取可用的 key 時會檢查是否有回繞風(fēng)險诉字，如果有則創(chuàng)建失敗。
#define KEY_USABLE(seq) (((uintptr_t)(seq)) < ((uintptr_t) ((seq) + 2)))
除了進程范圍內(nèi)的 key 結(jié)構(gòu)數(shù)組外知纷，系統(tǒng)還在進程中維護關(guān)于每個線程的控制塊 TCB（用于管理寄存器壤圃，線程棧等），里面有一個 pthread_key_data 類型的數(shù)組琅轧。這個數(shù)組中的元素數(shù)量和進程中的 key 數(shù)組數(shù)量相等伍绳。pthread_key_data 的定義類似如下：
struct pthread_key_data {
uintptr_t seq;
void* data;
};
根據(jù) pthread_key_create() 返回的可用的 key 在 __pthread_keys 數(shù)組中的下標(biāo)， pthread_setspecific() 在 pthread_key_data 的數(shù)組 中定位相同下標(biāo)的一個元素 pthread_key_data乍桂，并設(shè)置其序號 seq 設(shè)置為對應(yīng)的 key 的序列號冲杀，數(shù)據(jù)指針 data 指向設(shè)置線程特有數(shù)據(jù)（TSD）的值。
pthread_getspecific() 用于將 pthread_setspecific() 設(shè)置的 data 取出睹酌。
線程退出時权谁，pthread_key_data 中的序號 seq 用于判斷該 key 是否仍在使用中（即與在 __pthread_keys 中的同一個下標(biāo)對應(yīng)的 key 的序列號 seq 是否相同），若是則將 pthread_key_data 中 data（即 線程特有數(shù)據(jù) TSD）作為參數(shù)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)憋沿。
pthread_key_delete函數(shù)會將 key 的序列號 seq 加1旺芽，變成奇數(shù)（奇數(shù)表示該 key 可用），可能會使 key 的 seq 和pthread_key_data中的序號 seq 不相等，導(dǎo)致pthread_key_data中的線程私有數(shù)據(jù)無法釋放采章。所有在通過pthread_key_delete釋放一個 key 時运嗜，要保證線程特有數(shù)據(jù)已經(jīng)釋放。
由于系統(tǒng)在每個進程中 pthread_key_t 類型的數(shù)量是有限的悯舟，所有在進程中并不能獲取無限個 pthread_key_t 類型担租。Linux 中可以通過 PTHREAD_KEY_MAX（定義于 limits.h 文件中）或者系統(tǒng)調(diào)用 sysconf(_SC_THREAD_KEYS_MAX) 來確定當(dāng)前系統(tǒng)最多支持多少個 key。 Linux 中默認是 1024 個 key抵怎，這對大多數(shù)程序來書已經(jīng)夠了翩活。如果一個線程中有多個線程局部存儲變量（TLS），通潮愎螅可以將這些變量封裝到一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中菠镇，然后使用封裝后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和一個線程局部變量相關(guān)聯(lián)，這樣就能減少對鍵值的使用承璃。
參考
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.bidutools.com/?p=2443
https://spockwangs.github.io/blog/2017/12/01/thread-local-storage/
http://www.reibang.com/p/71c2f80d7bd1
https://blog.csdn.net/cywosp/article/details/26469435
http://www.embeddedlinux.org.cn/emblinuxappdev/117.htm
