線程局部存儲（thread-local storage, TLS）是一個使用很方便的存儲線程局部數據的系統。利用TLS機制可以爲進程中所有的線程關聯若干個數據，各個線程通過由TLS分配的全局索引來訪問與自己關聯的數據。這樣，每個線程都可以有線程局部的靜態存儲數據。
用於管理TLS的數據結構是很簡單的，Windows僅爲系統中的每一個進程維護一個位數組，再爲該進程中的每一個線程申請一個同樣長度的數組空間，如圖3.9所示。
圖3.9 TSL機制在內部使用的數據結構
運行在系統中的每一個進程都有圖3.9所示的一個位數組。位數組的成員是一個標誌，每個標誌的值被設爲FREE或INUSE，指示了此標誌對應的數組索引是否在使用中。Windodws保證至少有TLS_MINIMUM_AVAILABLE（定義在WinNT.h文件中）個標誌位可用。
動態使用TLS的典型步驟如下。
（1）主線程調用TlsAlloc函數爲線程局部存儲分配索引，函數原型爲：
DWORD TlsAlloc(void); // 返回一個TLS索引
如上所述，系統爲每一個進程都維護着一個長度爲TLS_MINIMUM_AVAILABLE的位數組，TlsAlloc的返回值就是數組的一個下標（索引）。這個位數組的惟一用途就是記憶哪一個下標在使用中。初始狀態下，此位數組成員的值都是FREE，表示未被使用。當調用TlsAlloc的時候，系統會挨個檢查這個數組中成員的值，直到找到一個值爲FREE的成員。把找到的成員的值由FREE改爲INUSE後，TlsAlloc函數返回該成員的索引。如果不能找到一個值爲FREE的成員，TlsAlloc函數就返回TLS_OUT_OF_INDEXES（在WinBase.h文件中定義爲－1），意味着失敗。
例如，在第一次調用TlsAlloc的時候，系統發現位數組中第一個成員的值是FREE，它就將此成員的值改爲INUSE，然後返回0。
當一個線程被創建時，Windows就會在進程地址空間中爲該線程分配一個長度爲TLS_MINIMUM_AVAILABLE的數組，數組成員的值都被初始化爲0。在內部，系統將此數組與該線程關聯起來，保證只能在該線程中訪問此數組中的數據。如圖3.7所示，每個線程都有它自己的數組，數組成員可以存儲任何數據。
（2）每個線程調用TlsSetValue和TlsGetValue設置或讀取線程數組中的值，函數原型爲：
BOOL TlsSetValue(
DWORD dwTlsIndex, // TLS 索引
LPVOID lpTlsValue // 要設置的值
);
LPVOID TlsGetValue(DWORD dwTlsIndex ); // TLS索引
TlsSetValue函數將參數lpTlsValue指定的值放入索引爲dwTlsIndex的線程數組成員中。這樣，lpTlsValue的值就與調用TlsSetValue函數的線程關聯了起來。此函數調用成功，會返回TRUE。
調用TlsSetValue函數，一個線程只能改變自己線程數組中成員的值，而沒有辦法爲另一個線程設置TLS值。到現在爲止，將數據從一個線程傳到另一個線程的惟一方法是在創建線程時使用線程函數的參數。
TlsGetValue函數的作用是取得線程數組中索引爲dwTlsIndex的成員的值。
TlsSetValue和TlsGetValue分別用於設置和取得線程數組中的特定成員的值，而它們使用的索引就是TlsAlloc函數的返回值。這就充分說明了進程中惟一的位數組和各線程數組的關係。例如，TlsAlloc返回3，那就說明索引3被此進程中的每一個正在運行的和以後要被創建的線程保存起來，用以訪問各自線程數組中對應的成員的值。
（3）主線程調用TlsFree釋放局部存儲索引。函數的惟一參數是TlsAlloc返回的索引。
利用TLS可以給特定的線程關聯一個數據。比如下面的例子將每個線程的創建時間與該線程關聯了起來，這樣，在線程終止的時候就可以得到線程的生命週期。整個跟蹤線程運行時間的例子的代碼如下：
#include <stdio.h> // 03UseTLS工程下
#include <windows.h>
#include <process.h>
// 利用TLS跟蹤線程的運行時間
DWORD g_tlsUsedTime;
void InitStartTime();
DWORD GetUsedTime();
UINT __stdcall ThreadFunc(LPVOID)
{ int i;
// 初始化開始時間
InitStartTime();
// 模擬長時間工作
i = 10000*10000;
while(i--){}
// 打印出本線程運行的時間
printf(" This thread is coming to end. Thread ID: %-5d, Used Time: %d /n",
::GetCurrentThreadId(), GetUsedTime());
return 0;
}
int main(int argc, char* argv[])
{ UINT uId;
int i;
HANDLE h[10];
// 通過在進程位數組中申請一個索引，初始化線程運行時間記錄系統
g_tlsUsedTime = ::TlsAlloc();
// 令十個線程同時運行，並等待它們各自的輸出結果
for(i=0; i<10; i++)
{ h[i] = (HANDLE)::_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0, &uId); }
for(i=0; i<10; i++)
{ ::WaitForSingleObject(h[i], INFINITE);
::CloseHandle(h[i]); }
// 通過釋放線程局部存儲索引，釋放時間記錄系統佔用的資源
::TlsFree(g_tlsUsedTime);
return 0;
}
// 初始化線程的開始時間
void InitStartTime()
{ // 獲得當前時間，將線程的創建時間與線程對象相關聯
DWORD dwStart = ::GetTickCount();
::TlsSetValue(g_tlsUsedTime, (LPVOID)dwStart);
}
// 取得一個線程已經運行的時間
DWORD GetUsedTime()
{ // 獲得當前時間，返回當前時間和線程創建時間的差值
DWORD dwElapsed = ::GetTickCount();
dwElapsed = dwElapsed - (DWORD)::TlsGetValue(g_tlsUsedTime);
return dwElapsed;
}
GetTickCount函數可以取得Windows從啓動開始經過的時間，其返回值是以毫秒爲單位的已啓動的時間。
一般情況下，爲各線程分配TLS索引的工作要在主線程中完成，而分配的索引值應該保存在全局變量中，以方便各線程訪問。上面的例子代碼很清除地說明了這一點。主線程一開始就使用TlsAlloc爲時間跟蹤系統申請了一個索引，保存在全局變量g_tlsUsedTime中。之後，爲了示例TLS機制的特點同時創建了10個線程。這10個線程最後都打印出了自己的生命週期，如圖3.10所示。
