.NET中的线程本地存储(TLS)与AsyncLocal（一）

一、TLS

线程本地存储（Thread Local Storage），字面意思就是专属某个线程的存储空间。变量大体上分为全局变量和局部变量，一个进程中的所有线程共享地址空间，这个地址空间被划分为几个固有的区域，比如堆栈区，全局变量区等，全局变量存储在全局变量区，虚拟地址固定；局部变量存储在堆栈区，虚拟地址不固定。每个线程都有自己的栈空间，局部变量就存储在栈空间里面，虽然这个局部变量是与线程相联系的，但是这个局部变量不能在不同的函数栈中互相直接访问，但TLS可以，概括来讲，TLS是属于线程的“局部变量”，作用域为线程作用域，而不像全局变量为全局作用域，局部变量为局部作用域，因为这个变量独属于这个线程，所以这个变量是线程安全的。

二、.NET中相关的类——ThreadLocal

代码更直观，请看下面的代码：

 1 static void Main(string[] args)
 2 {
 3      ThreadLocal<int> threadLocal = new ThreadLocal<int>();
 4      //在主线程这个变量值为1
 5      threadLocal.Value = 1;
 6      new Thread(() => Console.WriteLine($"托管线程ID：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 值为：{threadLocal.Value++}")).Start();
 7      new Thread(() => Console.WriteLine($"托管线程ID：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 值为：{threadLocal.Value++}")).Start();
 8      new Thread(() => Console.WriteLine($"托管线程ID：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 值为：{threadLocal.Value++}")).Start();
 9      Console.WriteLine($"主线程ID：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 值为：{threadLocal.Value}");
10 }

输出结果如下：

可以看见每个这个变量的值对于每个线程来说都是独立的，一个线程对这个变量的修改只会影响本线程的读取，每个线程都有一份拷贝。

有什么用呢？或者使用场景是什么呢？我觉得就是一句话——当每个线程都需要一个唯一的变量的时候。

比如早期版本的ASP.NET，每个线程处理一个Http请求，在处理这个Http请求的线程中，这个HttpContext在这个线程中是唯一的，所以在每个函数中都可以调用HttpContext.Current获得当前Http请求上下文对象，为了加深理解，请看下面的代码

 1 public class ConsoleContext
 2 
 3 {
 4 
 5      private static ThreadLocal<ConsoleContext> _tlsCCT = new ThreadLocal<ConsoleContext>();
 6 
 7      private string _consoleName;
 8 
 9     public string ConsoleName { get => _consoleName; }
10 
11      public static ConsoleContext Current { get => _tlsCCT.Value; }
12 
13     public ConsoleContext(string consoleName)
14 
15      {
16 
17          _consoleName = consoleName;
18 
19          _tlsCCT.Value = this;
20 
21      }
22 
23      public static void ResetContext() => _tlsCCT.Value = null;
24 
25 }
26 
27 public static void Excute()
28 
29 {
30 
31      Thread.Sleep(1000 * new Random(DateTime.Now.Millisecond).Next(5,10));
32 
33      Console.WriteLine("进入PrintName()");
34 
35      PrintName();
36 
37 }
38 
39 public static void PrintName()
40 
41 {
42 
43      var name = ConsoleContext.Current.ConsoleName;
44 
45      Console.WriteLine($"当前托管线程ID：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} name：{name}");
46 
47 }
48 
49 static void Main(string[] args)
50 
51 {
52 
53      while (true)
54 
55      {
56 
57          var name = Console.ReadLine();
58 
59         ThreadPool.QueueUserWorkItem(state =>
60 
61          {
62 
63              Console.WriteLine($"当前托管线程ID：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} name：{name}");
64 
65              new ConsoleContext(name);
66 
67              Excute();
68 
69              ConsoleContext.ResetContext();
70 
71          });
72 
73      }
74 
75 }

简单来说，我模拟了一个Web服务器的行为，监听请求（在这里是监听键盘输入），若没有请求过来，服务器程序阻塞，若有请求过来（在这里是键盘输入），服务器响应请求，生成当前请求上下文，并生成一个TLS变量，然后执行Excute函数（相当HttpContext流入处理管道），最后清空TLS变量中的值，因为该线程是线程池中的线程，会被复用用于处理其他请求，不清空TLS会生成脏数据。