thread_local 是 C++11 引入的一个关键字，它的主要作用是用于声明线程私有变量，该变量在线程内部的多个函数之间可以共享，在线程和线程之间则是独立的、不共享的。

1. 问题场景

局部变量可以在线程之间独立，在线程内部则生命周期只在某个函数内部。如果想多个线程关联函数访问的话，就必须使用全局变量，但是又会带来资源竞争问。另外，局部变量无法保持函数执行的状态，因为函数执行结束之后就会被销毁。如果使用静态局部变量，在多个线程中中该变量也会带来资源竞争问题。

也就是说，我们之前定义的变量在多线程场景下，会导致变量被多个线程共享，线程无法独享。所以，C++11 专门引入一个关键字thread_local 来给线程定义具有线程生命周期的变量。

在单线程程序中，可以根据使用场景选择合适的变量。例如：

• 需要在函数内部独立使用的数据，可以使用局部变量
• 需要跨函数使用的数据，可以使用全局变量
• 需要在函数执行过程中持续保存的数据，可以使用静态局部变量

然而，当进入多线程场景时，这些针对单线程的变量策略可能会显得不够适用，具体表现如下：

• 需要跨线程函数使用的数据，全局变量会出现资源竞争问题
• 如果线程运行期间需要保存一些信息，静态局部变量又是线程共享的，也可能会导致资源竞争问题

即：哪些具有整个程序生命周期的变量在多线程的场景下，会出现资源竞争问题。所以，我们就想能不能把这些变量的生命周期给压缩到线程的生周期内，这样线程内部可以安全使用，线程之间也不会冲突。这就是 thread_local 出现的目的。

#include<iostream>
#include<thread>
#include<mutex>

std::mutex mtx;

// 全局变量可以实现跨函数使用，但是线程并不独立
int num = 10;

void step1() { num += 1; }
void step2() { num += 2; }

void do_work()
{
    step1();
    step2();

    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    std::cout << "thread:" << std::this_thread::get_id() << " num:" << num << std::endl;
}

void test()
{
    std::thread t1(do_work);
    std::thread t2(do_work);
    t1.join();
    t2.join();
}

局部变量的局限性

希望在线程运行期间能够持续存储一些信息。由于普通局部变量的生命周期仅限于函数调用期间，函数结束后会被销毁。而静态局部变量又是线程共享。所以在当前场景下就不太合适。

#include <iostream>
#include <thread>
#include<mutex>

std::mutex mtx;

void counter()
{
    // 局部变量函数作用域，函数结束会被回收
    // int val = 10;
    // 静态变量多线程共享，变量不能线程独立
    static int val = 10;
    val += 1;
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    std::cout << "thread " << std::this_thread::get_id() << ": val = " << val << std::endl;
}

void do_work()
{
    for (int i = 0; i < 5; ++i)
    {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
        counter();
    }
}

void test()
{
    std::thread t1(do_work);
    std::thread t2(do_work);
    t1.join();
    t2.join();
}

简言之：在某些场景下，我们需要给线程单独去创建数据，线程内共享，线程之间独立，并且线程结束自动回收。这就是线程局部存储 TLS 要解决的问题。

2. 用法

使用 thread_local 可以声明一个变量，使其在每个线程中都有独立的副本。线程结束时，这些局部变量会被销毁。thread_local 变量的作用域和普通变量相同，只是在不同的线程中，每个线程都会有独立的存储空间。例如，线程局部变量可以是函数内的局部变量、类的成员变量，甚至是全局变量。