多线程中Local Store Slot(本地存储槽)

在Java中有一种ThreadLocal机制，为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，是每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会和其它线程的副本冲突。从线程的角度看，就好像每一个线程都完全拥有该变量。比如在Hibernate中使用Session的时候，因为Session是线程不安全的，所以要考虑并发问题。而使用ThreadLocal的话，会在每个线程中有一个Session的副本，所以就不会有线程冲突的问题。

.NET中也有相应的机制，来实现变量的线程局部化，而且有多种方法。

1. 使用ThreadStatic特性

ThreadStatic特性是最简单的TLS使用，且只支持静态字段，只需要在字段上标记这个特性就可以了：

//TLS中的str变量
[ThreadStatic]
static string str = "hehe";

static void Main()
{
    //另一个线程只会修改自己TLS中的str变量
    Thread th = new Thread(() => { str = "Mgen"; Display(); });
    th.Start();
    th.Join();
    Display();
}

static void Display()
{
    Console.WriteLine("{0} {1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, str);
}

运行结果：

1 hehe
3 Mgen

可以看到，str静态字段在两个线程中都是独立存储的，互相不会被修改。

2. 使用命名的LocalDataStoreSlot类型

显然ThreadStatic特性只支持静态字段太受限制了。.NET线程类型中的LocalDataStoreSlot提供更好的TLS支持。我们先来看看命名的LocalDataStoreSlot类型，可以通过Thread.AllocateNamedDataSlot来分配一个命名的空间，通过Thread.FreeNamedDataSlot来销毁一个命名的空间。空间数据的获取和设置则通过Thread类型的GetData方法和SetData方法。

static void Main()
{
    //创建Slot
    LocalDataStoreSlot slot = Thread.AllocateNamedDataSlot("slot");
    //设置TLS中的值
    Thread.SetData(slot, "hehe");
    //修改TLS的线程
    Thread th = new Thread(() =>
        {
            Thread.SetData(slot, "Mgen");
            Display();
        });

    th.Start();
    th.Join();
    Display();
    //清除Slot
    Thread.FreeNamedDataSlot("slot");
}

//显示TLS中Slot值
static void Display()
{
    LocalDataStoreSlot dataslot = Thread.GetNamedDataSlot("slot");
    Console.WriteLine("{0} {1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Thread.GetData(dataslot));
}

输出：

3 Mgen
1 hehe

3. 使用未命名的LocalDataStoreSlot类型

线程同样支持未命名的LocalDataStoreSlot，未命名的LocalDataStoreSlot不需要手动清除，分配则需要Thread.AllocateDataSlot方法。注意由于未命名的LocalDataStoreSlot没有名称，因此无法使用Thread.GetNamedDataSlot方法，只能在多个线程中引用同一个LocalDataStoreSlot才可以对TLS空间进行操作，将上面的命名的LocalDataStoreSlot代码改成未命名的LocalDataStoreSlot执行：

//静态LocalDataStoreSlot变量
static LocalDataStoreSlot slot;

static void Main()
{
    //创建Slot
    slot = Thread.AllocateDataSlot();
    //设置TLS中的值
    Thread.SetData(slot, "hehe");
    //修改TLS的线程
    Thread th = new Thread(() =>
        {
            Thread.SetData(slot, "Mgen");
            Display();
        });

    th.Start();
    th.Join();
    Display();
}

//显示TLS中Slot值
static void Display()
{
    Console.WriteLine("{0} {1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Thread.GetData(slot));
}
 

4. 使用.NET 4.0的ThreadLocal<T>类型

.NET 4.0在线程方面加入了很多东西，其中就包括ThreadLocal<T>类型，他的出现更大的简化了TLS的操作。ThreadLocal<T>类型和Lazy<T>惊人相似，构造函数参数是Func<T>用来创建对象（当然也可以理解成对象的默认值），然后用Value属性来得到或者设置这个对象。ThreadLocal的操作或多或少有点像上面的未命名的LocalDataStoreSlot，但ThreadLocal感觉更简洁更好理解。

static ThreadLocal<string> local;

static void Main()
{
    //创建ThreadLocal并提供默认值
    local = new ThreadLocal<string>(() => "hehe");
    //修改TLS的线程
    Thread th = new Thread(() =>
        {
            local.Value = "Mgen";
            Display();
        });

    th.Start();
    th.Join();
    Display();
}

//显示TLS中数据值
static void Display()
{
    Console.WriteLine("{0} {1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, local.Value);
}

输出：

3 Mgen

1 hehe

5. 强调一下不同方法和TLS的默认值
上面代码都是一个一个线程设置值，另一个线程直接修改值然后输出，不会觉察到TLS中默认值的状况，下面专门强调一下不同方法的默认值状况。ThreadStatic不提供默认值：

[ThreadStatic]
static int i = 123;

static void Main()
{
    //输出本地线程TLS数据值
    Console.WriteLine(i);
    //输出另一个线程TLS数据值
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => Console.WriteLine(i));
    //控制台等待线程结束
    Console.ReadKey();
}

输出：
123

0

显然本地线程TLS数据时123，而静态变量的默认值不会在另一个线程中初始化的。

LocalDataStoreSlot很容易可以看出来，不可能有默认值，因为初始化只能构造一个空间，而不能赋予它值，Thread.SetData显然只会在TLS中设置数据，还是用代码演示一下：

static LocalDataStoreSlot slot = Thread.AllocateDataSlot();

static void Main()
{
    Thread.SetData(slot, 123);
    //输出本地线程TLS数据值
    Console.WriteLine(Thread.GetData(slot));
    //输出另一个线程TLS数据值
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => Console.WriteLine(Thread.GetData(slot) == null));
    //控制台等待线程结束
    Console.ReadKey();
}

输出：

123

True

第二行是True，那么另一个线程中的数据是null。

最后重点：.NET 4.0后的ThreadLocal会提供默认值的，还记得我上面说的那句话“ThreadLocal的操作或多或少有点像上面的未命名的LocalDataStoreSlot”？有人可能会问那为什么要创造出ThreadLocal？还有一个很大的区别ThreadLocal可以提供TLS中数据的默认值。（另外还有ThreadLocal是泛型类，而LocalDataStoreSlot不是）。

static ThreadLocal<int> local = new ThreadLocal<int>(() => 123);
static void Main()
{
    //输出本地线程TLS数据值
    Console.WriteLine(local.Value);
    //输出另一个线程TLS数据值
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(_ => Console.WriteLine(local.Value));
    //控制台等待线程结束
    Console.ReadKey();
}

输出：
123

123