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