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讓我來告訴你,C# 線程本地存儲為什么線程間值不一樣

來源: 責編: 時間:2024-01-26 09:04:04 213觀看
導讀一:背景1. 講故事有朋友在微信里面問我,為什么用 ThreadStatic 標記的字段,只有第一個線程拿到了初始值,其他線程都是默認值,讓我能不能幫他解答一下,尼瑪,我也不是神仙什么都懂,既然問了,那我試著幫他解答一下,也給后面類似疑

一:背景

1. 講故事

有朋友在微信里面問我,為什么用 ThreadStatic 標記的字段,只有第一個線程拿到了初始值,其他線程都是默認值,讓我能不能幫他解答一下,尼瑪,我也不是神仙什么都懂,既然問了,那我試著幫他解答一下,也給后面類似疑問的朋友解個惑吧。e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

二:為什么值不一樣

1. 問題復現

為了方便講述,定義一個 ThreadStatic 的變量,然后用多個線程去訪問,參考代碼如下:e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

internal class Program{    [ThreadStatic]    public static int num = 10;    static void Main(string[] args)    {        Test();        Console.ReadLine();    }    /// <summary>    /// 1. 特性方式    /// </summary>    static void Test()    {        var t1 = new Thread(() =>        {            Debugger.Break();            var j = num;            Console.WriteLine($"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, num={j}");        });        t1.Start();        t1.Join();        var t2 = new Thread(() =>        {            Debugger.Break();            var j = num;            Console.WriteLine($"tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, num={j}");        });        t2.Start();    }}

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從代碼中可以看到,確實如朋友所說,一個是num=10,一個是num=0 ,那為什么會出現這樣的情況呢?e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

2. 從匯編上尋找答案

作為C#程序員,真的需要掌握一點匯編,往往就能找到問題的突破口,先看一下thread1 中的 var j = num;所對應的匯編代碼,參考如下:e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

D:/code/MyApplication/ConsoleApp7/Program.cs @ 27:08893737 b9a0dd6808      mov     ecx,868DDA0h0889373c ba04000000      mov     edx,408893741 e84a234e71      call    coreclr!JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase (79d75a90)08893746 8b4814          mov     ecx,dword ptr [eax+14h]08893749 894df8          mov     dword ptr [ebp-8],ecx

從匯編上可以看到,這個 num=10 是來自于 eax+14h 的地址上,而 eax 是 JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase 函數的返回值,言外之意核心邏輯是在此方法里,可以到 coreclr 中找一下這段代碼,簡化后如下:e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

HCIMPL2(void*, JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase, DomainLocalModule *pDomainLocalModule, DWORD dwClassDomainID){    FCALL_CONTRACT;    // Get the ModuleIndex    ModuleIndex index = pDomainLocalModule->GetModuleIndex();    // Get the relevant ThreadLocalModule    ThreadLocalModule * pThreadLocalModule = ThreadStatics::GetTLMIfExists(index);    // If the TLM has been allocated and the class has been marked as initialized,    // get the pointer to the non-GC statics base and return    if (pThreadLocalModule != NULL && pThreadLocalModule->IsPrecomputedClassInitialized(dwClassDomainID))        return (void*)pThreadLocalModule->GetPrecomputedNonGCStaticsBasePointer();    // If the TLM was not allocated or if the class was not marked as initialized    // then we have to go through the slow path    // Obtain the MethodTable    MethodTable * pMT = pDomainLocalModule->GetMethodTableFromClassDomainID(dwClassDomainID);    return HCCALL1(JIT_GetNonGCThreadStaticBase_Helper, pMT);}

這段代碼非常有意思,已經把 ThreadStatic 玩法的骨架圖給繪制出來了,大概意思是每個線程都有一個 ThreadLocalBlock 結構體,這個結構體下有一個 ThreadLocalModule 的字典,key 為 ModuleIndex, value 為 ThreadLocalModule,畫個簡圖如下:e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

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從圖中可以看到 num 是放在 ThreadLocalModule 中的,具體的說就是此結構的 m_pDataBlob 數組中,可以用 windbg 驗證下。e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

0:008> reax=03077810 ebx=08baf978 ecx=79d75c10 edx=03110568 esi=053faa18 edi=053fa9b8eip=08893746 esp=08baf8d8 ebp=08baf908 iopl=0         nv up ei pl zr na pe nccs=0023  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000246ConsoleApp7!ConsoleApp7.Program.<>c.<Test>b__2_0+0x46:08893746 8b4814          mov     ecx,dword ptr [eax+14h] ds:002b:03077824=0000000a0:008> dt coreclr!ThreadLocalModule 03077810   +0x000 m_pDynamicClassTable : (null)    +0x004 m_aDynamicEntries : 0   +0x008 m_pGCStatics     : (null)    +0x00c m_pDataBlob      : [0]  ""0:008> dp 03077810+0x14 L103077824  0000000a

有了這些前置知識后,接下來就簡單了,如果當前的 ThreadLocalModule 不存在就會調用 JIT_GetNonGCThreadStaticBase_Helper 函數在 m_pTLMTable 字段中添加一項,接下來觀察下這個函數代碼,簡化如下:e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

HCIMPL1(void*, JIT_GetNonGCThreadStaticBase_Helper, MethodTable * pMT){    // Get the TLM    ThreadLocalModule * pThreadLocalModule = ThreadStatics::GetTLM(pMT);    // Check if the class constructor needs to be run    pThreadLocalModule->CheckRunClassInitThrowing(pMT);    // Lookup the non-GC statics base pointer    base = (void*) pMT->GetNonGCThreadStaticsBasePointer();    return base;}PTR_ThreadLocalModule ThreadStatics::GetTLM(ModuleIndex index, Module * pModule) //static{    // Get the TLM if it already exists    PTR_ThreadLocalModule pThreadLocalModule = ThreadStatics::GetTLMIfExists(index);    // If the TLM does not exist, create it now    if (pThreadLocalModule == NULL)    {        // Allocate and initialize the TLM, and add it to the TLB's table        pThreadLocalModule = AllocateAndInitTLM(index, pThreadLocalBlock, pModule);    }    return pThreadLocalModule;}

上面這段代碼的步驟很清楚。e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 創建 ThreadLocalModule
  • 初始化 MethodTable 類型的字段 pMT

這個 pMT 非常重要,訓練營里的朋友都知道 MethodTable 是 C# 的 class 承載,言外之意就是判斷下這個 class 有沒有被初始化,如果沒有初始化那就調 靜態構造函數,接下來的問題是 class 到底是哪一個類呢?e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

結合剛才匯編中的 mov edx,4 以及源碼發現是取 IL 元數據中的 Program,參考代碼及截圖如下:e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

FORCEINLINE MethodTable * GetMethodTableFromClassDomainID(DWORD dwClassDomainID)    {        DWORD rid = (DWORD)(dwClassDomainID) + 1;        TypeHandle th = GetDomainFile()->GetModule()->LookupTypeDef(TokenFromRid(rid, mdtTypeDef));        MethodTable * pMT = th.AsMethodTable();        return pMT;    }

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也可以用 windbg 在 JIT_GetNonGCThreadStaticBase_Helper 方法的 return 處下一個斷點,參考如下:e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

0:008> r ecxecx=0564ef280:008> !dumpmt 0564ef28EEClass:             056d14d0Module:              0564db08Name:                ConsoleApp7.ProgrammdToken:             02000005File:                D:/code/MyApplication/ConsoleApp7/bin/x86/Debug/net6.0/ConsoleApp7.dllAssemblyLoadContext: Default ALC - The managed instance of this context doesn't exist yet.BaseSize:            0xcComponentSize:       0x0DynamicStatics:      falseContainsPointers:    falseSlots in VTable:     8Number of IFaces in IFaceMap: 0

到這里就真相大白了,thread1 在執行時,用 CheckRunClassInitThrowing 方法發現 Program 沒有被靜態構造過,所以就執行了,即 num=10 ,當 thread2 執行時,發現已經被構造過了,所以就不再執行靜態構造函數,所以就成了默認值 num=0。e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

3. 如何復驗你的結論

剛才我說 thread1 做了一個是否執行靜態構造的判斷,其實這里我可以做個手腳,在 Main 之前先把 Program 靜態函數給執行掉,按理說 thread1 和 thread2 此時都會是默認值 num=0,對不對,哈哈,試一試唄,簡化代碼如下:e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

internal class Program    {        [ThreadStatic]        public static int num = 10;        /// <summary>        /// 先于 main 執行        /// </summary>        static Program()        {        }        static void Main(string[] args)        {            Test();            Console.ReadLine();        }    }

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哈哈,此時都是 0 了,也就再次驗證了我的結論。e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

三:總結

在 C# 開發中經常會有一些疑惑,如果不了解匯編,C++ ,相信你會陷入到很多的魔法使用中而苦于不能獨自解惑的遺憾。e4X28資訊網——每日最新資訊28at.com

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