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iOS - TLS（线程本地存储）

article 2025/1/16 11:40:57

从源码中，详细总结 TLS (Thread Local Storage) 的实现：

1. TLS 基本结构

// TLS 的基本结构
struct tls_data {
    pthread_key_t key;           // 线程本地存储的键
    void (*destructor)(void *);  // 清理函数
};

// 自动释放池的 TLS
class AutoreleasePoolPage {
    static pthread_key_t const key = AUTORELEASE_POOL_KEY;  // TLS key
    static pthread_key_t key;                               // 实际的 key
};

2. TLS 初始化

void tls_init(void) {
    // 1. 创建线程键
    _objc_pthread_key = pthread_key_create(&_objc_pthread_destroyspecific);
    
    // 2. 初始化主线程的 TLS
    pthread_setspecific(_objc_pthread_key, &_objc_main_thread);
    
    // 3. 初始化自动释放池的 key
    AutoreleasePoolPage::key = tls_create(&_objc_autoreleasepool_deallocate);
}

3. TLS 操作函数

// 1. 创建 TLS key
static pthread_key_t tls_create(void (*destructor)(void*)) {
    pthread_key_t key;
    int result = pthread_key_create(&key, destructor);
    if (result != 0) {
        _objc_fatal("pthread_key_create failed (%d)", result);
    }
    return key;
}

// 2. 获取 TLS 值
static inline void *tls_get(pthread_key_t key) {
    return pthread_getspecific(key);
}

// 3. 设置 TLS 值
static inline void tls_set(pthread_key_t key, void *value) {
    pthread_setspecific(key, value);
}

4. TLS 清理机制

// TLS 数据清理
static void tls_dealloc(void *p) {
    // 1. 检查占位符
    if (p == (void*)EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) {
        return;
    }
    
    // 2. 清理自动释放池页面
    AutoreleasePoolPage *page = (AutoreleasePoolPage *)p;
    
    // 3. 验证页面完整性
    if (page->child) {
        _objc_fatal("thread-local storage corrupted");
    }
    
    if (page->parent) {
        _objc_fatal("thread-local storage corrupted");
    }
    
    // 4. 销毁页面
    page->kill();
}

5. TLS 在自动释放池中的应用

class AutoreleasePoolPage {
    // 1. 获取当前线程的热页面
    static inline AutoreleasePoolPage *hotPage() {
        AutoreleasePoolPage *result = (AutoreleasePoolPage *)
            tls_get_direct(key);
        if (result) result->fastcheck();
        return result;
    }
    
    // 2. 设置热页面
    static inline void setHotPage(AutoreleasePoolPage *page) {
        if (page) page->fastcheck();
        tls_set_direct(key, (void *)page);
    }
};

6. TLS 性能优化

// 1. 直接访问优化
static inline void *tls_get_direct(pthread_key_t key) {
    // 直接从线程本地存储获取数据
    return _pthread_getspecific_direct(key);
}

// 2. 快速检查
void fastcheck() {
#if FASTAUTORELEASEPOOL_SPIN_DEBUG
    // 仅在调试模式下执行完整检查
    check(false);
#else
    // 生产环境只做基本检查
    if (!magic) _objc_fatal("bad magic");
#endif
}

7. TLS 线程安全

// 1. 线程安全的访问
void *getSpecific() {
    // pthread_getspecific 是线程安全的
    return pthread_getspecific(key);
}

// 2. 线程检查
void check(bool die) {
    // 确保在正确的线程上操作
    if (thread != pthread_self()) {
        if (die) _objc_fatal("thread mismatch");
    }
}

8. TLS 使用场景

// 1. 自动释放池管理
static inline void *autoreleaseFast(id obj) {
    AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
    if (page && !page->full()) {
        return page->add(obj);
    }
    return autoreleaseFullPage(obj);
}

// 2. 线程特定数据
static void setThreadSpecific(id value) {
    tls_set(_objc_pthread_key, value);
}

总结要点：

1. 基本特性：