如何为每个实例提供非静态线程局部变量

Question

问题本身：

class B{/*...*/};
class A {
    /* members */
    NON-static thread_local B var; // and a thread_local variable here
    ret_t method(/* args */);
};

我希望var 独立存在于每个线程和每个实例中。

更大的（完整的）问题：

A 的实例在线程间共享。 B 是调用A::method 所必需的一些资源，它必须独立于线程以避免竞争条件（即A::method 必须对var 具有“写访问权”）。而A的不同实例对应的B也不同。

我想出的一个不完全令人满意的方法是有一些容器（比如std::unordered_map<THREAD_IDENTIFIER_TYPE, B>）来存储每个var 对应于每个实例的每个thread。但是，这既不会限制跨线程访问vars，也不会阻止整个容器被修改。 （因此这需要开发人员足够小心地编写安全代码。）

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我在 SO 上看过一些关于 java ThreadLocal 关键字（？）的帖子，但似乎没有一个提供真正有效的想法。有什么建议吗？

Answer 1

您不能将非静态成员声明为 thread_local。见cppreference。特别是：

thread_local 关键字仅允许用于在命名空间范围内声明的对象、在块范围内声明的对象和静态数据成员。

如果您不想使用 pthreads（在 Windows 上很棘手），那么某些容器是您唯一的选择。

一个选项是std::unordered_map<THREAD_IDENTIFIER_TYPE, B> 的变体。 （您可以编写一个类来包装它并使用互斥锁保护映射。）

另一个最初吸引人的选项是A 的thread_local 静态成员，它将A* 映射到B 将避免任何对锁的需求。

class A {
    static thread_local std::unordered_map<A*, B> s_B;
    ....
};

用法：

void A::foo() {
    B& b = s_B[this];  // B needs to be default constructable.
    ...

问题是您需要一些方法从s_B 映射中删除元素。如果A 对象实际上被锁定到特定线程，或者如果您有某种方法可以调用另一个线程上的函数，那并不是什么大问题——但这也不是完全无关紧要的。 （您可能会发现为 A 使用唯一标识符更安全，这是一个递增的 64 位计数器 - 这样在销毁 A 对象和删除 @ 的消息之间重复使用标识符的风险要小得多987654335@ 来自所有正在处理的地图。）

Answer 2

如果您愿意使用tbb（尽管英特尔免费提供），您可以使用他们的tbb::enumerable_thread_specific<T> 模板类（本质上类似于std::unordered_map<thread_id,T>，但无锁，我明白了）。由于A 在线程之间共享，因此每个A 实例都需要一个这样的容器，但似乎B 最好声明为嵌套类型。例如

class A
{
    struct B
    {
        B(const A*);
        void call(/* args */);
    };
    tbb::enumerable_thread_specific<B> tB ([&]()->B { return {this}; } );
    void method(/* args */)
    {
        tB.local().call(/* args */);   // lazily creates threadlocal B if required.
    }
    /* ... */
};

Answer 3

如果可用，您可以使用 pthread-functions pthread_getspecific 和 pthread_setspecific 作为 getter 和 setter：

#include <pthread.h>

class A {
private:
#define varKey 100L

public:

    int getVar() {
        void *mem = pthread_getspecific(varKey);
        if(mem)
            return *((int*)mem);
        else
            return 0;
    }

    void setVar(int val) {
        void *mem = malloc(sizeof(int));
        *((int*)mem)=val;
        pthread_setspecific(varKey, mem);
    }

    ~A() {
        void *mem = pthread_getspecific(varKey);
        if (mem)
            free(mem);
    }

};