posix多线程有感线程高级编程（pthread_key_t）

       下面说一下线程中特有的线程存储，Thread Specific Data 。线程存储有什么用了？他是什么意思了？大家都知道，在多线程程序中，所有线程共享程序中的变量。现在有一全局变量，所有线程都可以使用它，改变它的值。而如果每个线程希望能单独拥有它，那么就需要使用线程存储了。表面上看起来这是一个全局变量，所有线程都可以使用它，而它的值在每一个线程中又是单独存储的。这就是线程存储的意义。

       线程私有数据采用了一种被称为一键多值的技术，即一个键对应多个数值。访问数据时都是通过键值来访问，好像是对一个变量进行访问，其实是在访问不同的数据。使用线程私有数据时，首先要为每个线程数据创建一个相关联的键。在各个线程内部，都使用这个公用的键来指代线程数据，但是在不同的线程中，这个键代表的数据是不同的。操作线程私有数据的函数主要有4个：pthread_key_create（创建一个键），pthread_setspecific（为一个键设置线程私有数据），pthread_getspecific（从一个键读取线程私有数据），pthread_key_delete（删除一个键）。
      下面说一下线程存储的具体用法：
1. 创建一个类型为 pthread_key_t 类型的变量。

2.调用 pthread_key_create() 来创建该变量。从Linux的TSD池中分配一项，将其值赋给key供以后访问使用，它的第一个参数key为指向键值的指针，第二个参数为一个函数指针，如果指针不为空，则在线程退出时将以key所关联的数据为参数调用destructor（）释放分配的缓冲区。key一旦被创建，所有线程都可以访问它，但各线程可以根据自己的需要往key中填入不同的值，这就相当于提供了一个同名而不同值的全局变量，一键多值。

3. 当线程中需要存储特殊值的时候，可以调用 pthread_setspcific() 。该函数有两个参数，第一个为前面声明的 pthread_key_t 变量，第二个为 void* 变量，这样你可以存储任何类型的值。函数将value的值（不是内容）与key相关联。用pthread_setspecific为一个键指定新的线程数据时，线程必须先释放原有的线程数据用以回收空间。

4. 如果需要取出所存储的值，调用 pthread_getspecific() 。该函数的参数为前面提到的 pthread_key_t 变量，该函数返回 void * 类型的值。

5.pthread_key_delete：该函数用来删除一个键，键所占用的内存将被释放。需要注意的是，键占用的内存被释放，与该键关联的线程数据所占用的内存并不被释放。因此，线程数据的释放必须在释放键之前完成。
  下面是前面提到的函数的原型：

pthread_key_t key;
int pthread_create(pthread_key_t,void(*destructor)(void *));
int pthread_key_delete(pthread_key_t key);
int pthread_setspecific(pthread_key_t key,const void *value);
void* pthread_getspecific(pthread_key_t key);

/*
 * tsd_destructor.c
 *
 * Demonstrate use of thread-specific data destructors.
 */
#include <pthread.h>
#include "errors.h"

/*
 * Structure used as value of thread-specific data key.
 */
typedef struct private_tag {
    pthread_t   thread_id;
    char        *string;
} private_t;

pthread_key_t identity_key;         /* Thread-specific data key */
pthread_mutex_t identity_key_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
long identity_key_counter = 0;

/*
 * This routine is called as each thread terminates with a value
 * for the thread-specific data key. It keeps track of how many
 * threads still have values, and deletes the key when there are
 * no more references.
 */
void identity_key_destructor (void *value)
{
    private_t *private = (private_t*)value;
    int status;

    printf ("thread \"%s\" exiting...\n", private->string);
    free (value);
    status = pthread_mutex_lock (&identity_key_mutex);
    if (status != 0)
        err_abort (status, "Lock key mutex");
    identity_key_counter--;
    if (identity_key_counter <= 0) {
        status = pthread_key_delete (identity_key);
        if (status != 0)
            err_abort (status, "Delete key");
        printf ("key deleted...\n");
    }
    status = pthread_mutex_unlock (&identity_key_mutex);
    if (status != 0)
        err_abort (status, "Unlock key mutex");
}

/*
 * Helper routine to allocate a new value for thread-specific
 * data key if the thread doesn't already have one.
 */
void *identity_key_get (void)
{
    void *value;
    int status;

    value = pthread_getspecific (identity_key);
    if (value == NULL) {
        value = malloc (sizeof (private_t));
        if (value == NULL)
            errno_abort ("Allocate key value");
        status = pthread_setspecific (identity_key, (void*)value);
        if (status != 0)
            err_abort (status, "Set TSD");
    }
    return value;
}

/*
 * Thread start routine to use thread-specific data.
 */
void *thread_routine (void *arg)
{
    private_t *value;

    value = (private_t*)identity_key_get ();
    value->thread_id = pthread_self ();
    value->string = (char*)arg;
    printf ("thread \"%s\" starting...\n", value->string);
    sleep (2);
    return NULL;    
}

void main (int argc, char *argv[])
{
    pthread_t thread_1, thread_2;
    private_t *value;
    int status;

    /*
     * Create the TSD key, and set the reference counter to
     * the number of threads that will use it (two thread_routine
     * threads plus main). This must be done before creating
     * the threads! Otherwise, if one thread runs the key's
     * destructor before any other thread uses the key, it will
     * be deleted.
     *
     * Note that there's rarely any good reason to delete a
     * thread-specific data key.
     */
    status = pthread_key_create (&identity_key, identity_key_destructor);
    if (status != 0)
        err_abort (status, "Create key");
    identity_key_counter = 3;
    value = (private_t*)identity_key_get ();
    value->thread_id = pthread_self ();
    value->string = "Main thread";
    status = pthread_create (&thread_1, NULL,
        thread_routine, "Thread 1");
    if (status != 0)
        err_abort (status, "Create thread 1");
    status = pthread_create (&thread_2, NULL,
        thread_routine, "Thread 2");
    if (status != 0)
        err_abort (status, "Create thread 2");
    pthread_exit (NULL);
}

最后说一下线程的本质：
其实在Linux 中，新建的线程并不是在原先的进程中，而是系统通过一个系统调用clone() 。该系统copy 了一个和原先进程完全一样的进程，并在这个进程中执行线程函数。不过这个copy 过程和fork 不一样。copy 后的进程和原先的进程共享了所有的变量，运行环境（clone的实现是可以指定新进程与老进程之间的共享关系，100%共享就表示创建了一个线程）。这样，原先进程中的变量变动copy 后的进程中便能体现出来。