Последовательность действий потока выглядит следующим образом:
1. Поток запрашивает
pthread_key_create
— создание ключа для доступа к блоку данных
DataBlock
. Если потоку необходимо иметь несколько (m) блоков собственных данных различной типизации (и различного функционального назначения):
DataBlock_1
,
DataBlock_2
…
DataBlock_m
, то он запрашивает значения ключей соответствующее число раз для каждого типа (
m
).
2. Неприятность здесь состоит в том, что запросить значение ключа для
DataBlock
должен только
первый пришедший к этому месту поток (когда ключ еще не распределен). Последующие потоки, достигшие этого места, должны только воспользоваться ранее распределенным значением ключа для типа
DataBlock
. Для разрешения этой сложности в систему функций собственных данных введена функция
pthread_once
.
3. После этого каждый поток (как создавший ключ, так и использующий его) должен запросить по
pthread_getspecific
адрес блока данных и, убедившись, что это
NULL
, динамически распределить область памяти для своего экземпляра данных, а также зафиксировать по
pthread_setspecific
этот адрес в массиве экземпляров для дальнейшего использования.
4. Дальше поток может работать с собственным экземпляром данных (отдельный экземпляр на каждый поток), используя для доступа к нему
pthread_getspecific
.
5. При завершении любого потока система уничтожит и его экземпляр данных, вызвав для него деструктор, который был установлен вызовом
pthread_key_create
, единым для всех экземпляров данных, ассоциированных с этим значением ключа.
Теперь запишем это в коде, заодно трансформировав в новую функцию
ThreadProc
код ранее созданной версии этой же функции
SingleProc
для исполнения в одном потоке, не являющийся реентерабельным и безопасным в многопоточной среде. (О вопросах реентерабельности мы обязательно поговорим позже.)
void* SingleProc(void *data) {
static DataBlock db( ... );
// ... операции с полями DataBlock
return NULL;
}
Примечание
To, что типы параметров и возвращаемое значение
SingleProc
«подогнаны» под синтаксис ее более позднего эквивалента
ThreadProc
, не является принципиальным ограничением - входную и выходную трансформации форматов данных реально осуществляют именно в многопоточном эквиваленте. Нам здесь важно принципиально рассмотреть общую формальную технику трансформации нереентерабельного кода в реентерабельный.
Далее следует код
SingleProc
, преобразованный в многопоточный вид:
static pthread_key_t key;
static pthread_once_t once = PTHREAD_ONCE_INIT;
static void destructor(void* db) {
delete (DataBlock*)db;
}
static void once_creator(void) {
// создается единый на процесс ключ для данных DataBlock:
pthread_key_create(&key, destructor);
}
void* ThreadProc(void *data) {
// гарантия того, что ключ инициализируется
только 1 раз на процесс!
pthread_once(&once, once_creator);
if (pthread_getspecific(key) == NULL)
pthread_setspecific(key, new DataBlock(...));
// Теперь каждый раз в теле этой функции или функций, вызываемых
// из нее, мы всегда можем получить доступ к экземпляру данных
DataBlock* pdb = pthread_getspecific(key);
// ... все те же операции с полями pdb->(DataBlock)
return NULL;
}
Примечание
Обратите внимание, что вся описанная техника преобразования потоковых функций в реентерабельные (как и все программные интерфейсы POSIX) отчетливо ориентирована на семантику классического С, в то время как все свое изложение мы ориентируем и иллюстрируем на С++. При создании экземпляра собственных данных полностью разрушается контроль типизации: разные экземпляры потоков вполне могли бы присвоить своим указателям данные (типа v
oid*
), ассоциированные с одним значением
key
. Это совершенно различные типы данных, скажем
DataBlock_1*
и
DataBlock_2*
. Но проявилось бы это несоответствие только при завершении функции потока и уничтожении экземпляров данных, когда к объектам совершенно разного типа был бы применен один деструктор, определенный при выделении ключа. Ошибки такого рода крайне сложны в локализации.
Особая область, в которой собственные данные потока могут найти применение и где локальные (стековые) переменные потока не могут быть использованы, — это асинхронное выполнение фрагмента кода в контексте потока, например при получении потоком сигнала.
Еще одно совсем не очевидное применение собственных данных потока (мы не встречали в литературе упоминаний о нем), которое особо органично вписывается в использование именно С++, — это еще один способ возврата в родительский поток результатов работы дочерних. При этом неважно, как были определены дочерние потоки - как присоединенные или как отсоединенные (мы обсуждали это ранее); такое использование в заметной мере нивелирует их разницу. Эта техника состоит в том, что:
• Если при создании ключа не определять деструктор экземпляра данных потока
pthread_key_create(..., NULL)
, то при завершении потока над экземпляром его данных не будут выполняться никакие деструктивные действия и созданные потоками экземпляры данных будут существовать и после завершения потоков.
• Если к этим экземплярам данных созданы альтернативные пути доступа (а они должны быть в любом случае созданы, так как области этих данных в конечном итоге нужно освободить), то благодаря этому доступу порождающий потоки код может использовать данные, «оставшиеся» как результат выполнения потоков.
В коде (что гораздо нагляднее) это может выглядеть так (код с заметными упрощениями взят из реального завершенного проекта):