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一：背景
1. 讲故事
前几天公号里有一位敌人留言说，你 windbg 玩的溜，能帮我剖析下被 ThreadStatic 润饰的变量到底寄存在哪里吗？能不能帮我挖出来????????????，其实这个问题问的挺深的，玩高级语言的敌人置信很少有接触到这个的，尽管很多敌人都晓得这个个性怎么用，当然我也没特地钻研这个，既然要答复这个问题，我得钻研钻研答复之！为了更好的普适性，先从简略的说起！
二：ThreadStatic 的用法
1. 一般的 static 变量
置信很多敌人在代码中都应用过 static 变量，它的好处多多，比如说我常常会用 static 去做一个过程级缓存，从而进步程序的性能，当然你也能够作为一个十分好的一级缓存，如下代码：
public class Test
{public static Dictionary<int, string> cachedDict = new Dictionary<int, string>();
}
方才我也说到了，这是一个过程级的缓存，多个线程都看得见，所以在多线程的环境下，你须要特地留神同步的问题。要么应用锁，要么应用 ConcurrentDictionary，我感觉这也是一个思维定式，很多时候思维总是在现有根底下来修补，去亡羊补牢，而没有跳出这个思维从根基下来解决，说这么多是什么意思呢？我举一个例子：
在市面上常见的链式跟踪框架中，比如说：Zikpin，SkyWalking，会应用一些汇合去存储跟踪以后线程的一些链路信息，比如说 A -> B -> C -> D -> B -> A，惯例的思维就像下面说的一样，定义一个全局 cachedDict，而后应用各种同步机制，其实你也能够升高 cachedDict 的拜访作用域，将 全局拜访 改成 Thread 级拜访，这难道不是更好的解决思路吗？
2. 用 ThreadStatic 标记 static 变量
要想做到 Thread 级作用域，实现起来非常简单，在 cachedDict 上打一个 ThreadStatic 个性即可，批改代码如下：
public class Test
{[ThreadStatic]
public static Dictionary<int, string> cachedDict = new Dictionary<int, string>();}
接下来能够开多个线程给 cachedDict 灌数据，看看 dict 是不是 Thread 级作用域，实现代码如下：
class Program
{static void Main(string[] args)
{var task1 = Task.Run(() =>
{if (Test.cachedDict == null) Test.cachedDict = new Dictionary<int, string>();
Test.cachedDict.Add(1, "mary");
Test.cachedDict.Add(2, "john");
Console.WriteLine($"thread={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 的 dict 有记录: {Test.cachedDict.Count}");
});
var task2 = Task.Run(() =>
{if (Test.cachedDict == null) Test.cachedDict = new Dictionary<int, string>();
Test.cachedDict.Add(3, "python");
Test.cachedDict.Add(4, "jaskson");
Test.cachedDict.Add(5, "elen");
Console.WriteLine($"thread={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 的 dict 有记录: {Test.cachedDict.Count}");
});
Console.ReadLine();}
}
public class Test
{[ThreadStatic]
public static Dictionary<int, string> cachedDict = new Dictionary<int, string>();}
从后果来看，的确是一个 Thread 级，而且还防止了线程间同步开销，哈哈????，这么神奇的货色，难怪有读者想看看底层到底是怎么实现的。
三：用 Windbg 挖 ThreadStatic
1. 对 TEB 和 TLS 的意识
- TEB (Thread Environment Block)
每一个线程都有一份属于本人专属的公有数据，这些数据就放在 Thread 的 TEB 中，如果你想看的话，能够在 windbg 中打印进去。
0:000> !teb
TEB at 0000001e1cdd3000
ExceptionList: 0000000000000000
StackBase: 0000001e1cf80000
StackLimit: 0000001e1cf6e000
SubSystemTib: 0000000000000000
FiberData: 0000000000001e00
ArbitraryUserPointer: 0000000000000000
Self: 0000001e1cdd3000
EnvironmentPointer: 0000000000000000
ClientId: 0000000000005980 . 0000000000005aa8
RpcHandle: 0000000000000000
Tls Storage: 000001b599d06db0
PEB Address: 0000001e1cdd2000
LastErrorValue: 0
LastStatusValue: c0000139
Count Owned Locks: 0
HardErrorMode: 0
从 teb 的构造中能够看出，既有 线程本地存储 (TLS)，也有异样相干信息的存储 (ExceptionList) 等等相干信息。
- TLS (Thread Local Storage)
过程会在启动后给 TLS 调配总共 1088 个槽位，每个线程都会调配一个专属的 tlsindex 索引，并且领有一组 slots 槽位，能够用 windbg 去验证一下。
0:000> !tls
Usage:
tls <slot> [teb]
slot: -1 to dump all allocated slots
{0-0n1088} to dump specific slot
teb: <empty> for current thread
0 for all threads in this process
<teb address> (not threadid) to dump for specific thread.
0:000> !tls -1
TLS slots on thread: 5980.5aa8
0x0000 : 0000000000000000
0x0001 : 0000000000000000
0x0002 : 0000000000000000
0x0003 : 0000000000000000
0x0004 : 0000000000000000
...
0x0019 : 0000000000000000
0x0040 : 0000000000000000
0:000> !t Lock
DBG ID OSID ThreadOBJ State GC Mode GC Alloc Context Domain Count Apt Exception
0 1 5aa8 000001B599CEED90 2a020 Preemptive 000001B59B9042F8:000001B59B905358 000001b599cdb130 1 MTA
5 2 90c 000001B599CF4930 2b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001b599cdb130 0 MTA (Finalizer)
7 3 74 000001B59B7272A0 102a220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001b599cdb130 0 MTA (Threadpool Worker)
9 4 2058 000001B59B7BAFF0 1029220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001b599cdb130 0 MTA (Threadpool Worker)
从下面的 {0-0n1088} to dump specific slot 中能够看出，过程中总会有 1088 个槽位，而且以后主线程 5aa8 领有 27 个 slot 槽位。
好了，基本概念介绍完了，接下来筹备剖析一下汇编代码了。
2. 从汇编代码中寻找答案
为了更好的用 windbg 去挖，我就定义一个简略的 ThreadStatic int 变量，代码如下：
class Program
{[ThreadStatic]
public static int i = 0;
static void Main(string[] args)
{
i = 10; // 12 line
var num = i;
Console.ReadLine();}
}
接下来用 !U 反汇编一下 Main 函数的代码，着重看一下第 12 行代码的 i = 10;。
0:000> !U /d 00007ffbe0ae0ffb
E:\net5\ConsoleApp5\ConsoleApp5\Program.cs @ 12:
00007ffb`e0ae0fd6 48b9b0fbb7e0fb7f0000 mov rcx,7FFBE0B7FBB0h
00007ffb`e0ae0fe0 ba01000000 mov edx,1
00007ffb`e0ae0fe5 e89657a95f call coreclr!JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase (00007ffc`40576780)
00007ffb`e0ae0fea c7401c0a000000 mov dword ptr [rax+1Ch],0Ah
从汇编指令上来看，最初的 10 赋给了 rax+1Ch 的低 32 位，那 rax 的地址从哪里来的呢？能够看出外围逻辑在 JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase 办法内，接下来就得钻研一下这个办法都干嘛了。
3. 调试外围函数 JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase
接下来在第 12 处设置一个断点 !bpmd Program.cs:12 处，办法的简化汇编代码如下：
coreclr!JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase:
00007ffc`2c38679a 448b0dd7894300 mov r9d, dword ptr [coreclr!_tls_index (00007ffc`2c7bf178)]
00007ffc`2c3867a1 654c8b042558000000 mov r8, qword ptr gs:[58h]
00007ffc`2c3867aa b908000000 mov ecx, 8
00007ffc`2c3867af 4f8b04c8 mov r8, qword ptr [r8+r9*8]
00007ffc`2c3867b3 4e8b0401 mov r8, qword ptr [rcx+r8]
00007ffc`2c3867b7 493b8060040000 cmp rax, qword ptr [r8+460h]
00007ffc`2c3867be 732b jae coreclr!JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase+0x6b (00007ffc`2c3867eb)
00007ffc`2c3867c0 4d8b8058040000 mov r8, qword ptr [r8+458h]
00007ffc`2c3867c7 498b04c0 mov rax, qword ptr [r8+rax*8]
00007ffc`2c3867cb 4885c0 test rax, rax
00007ffc`2c3867ce 741b je coreclr!JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase+0x6b (00007ffc`2c3867eb)
00007ffc`2c3867d0 8bca mov ecx, edx
00007ffc`2c3867d2 f644011801 test byte ptr [rcx+rax+18h], 1
00007ffc`2c3867d7 7412 je coreclr!JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase+0x6b (00007ffc`2c3867eb)
00007ffc`2c3867d9 488b4c2420 mov rcx, qword ptr [rsp+20h]
00007ffc`2c3867de 4833cc xor rcx, rsp
00007ffc`2c3867e1 e89a170600 call coreclr!__security_check_cookie (00007ffc`2c3e7f80)
00007ffc`2c3867e6 4883c438 add rsp, 38h
00007ffc`2c3867ea c3 ret
接下来我仔细分析下这里的 mov 操作。
1) dword ptr [coreclr!_tls_index (00007ffc`2c7bf178)]
这个很简略，获取该线程专属的 tls_index 索引
2) qword ptr gs:[58h]
这里的 gs:[58h] 是什么意思呢？应该有敌人晓得，gs 寄存器 是专门用于寄存以后线程的 teb 地址，前面的 58 示意在 teb 地址上的偏移量，那问题来了，这个地址到底指向谁了呢？其实你能够把 teb 的数据结构给打印进去就明确了。
0:000> dt teb
coreclr!TEB
+0x000 NtTib : _NT_TIB
+0x038 EnvironmentPointer : Ptr64 Void
+0x040 ClientId : _CLIENT_ID
+0x050 ActiveRpcHandle : Ptr64 Void
+0x058 ThreadLocalStoragePointer : Ptr64 Void
+0x060 ProcessEnvironmentBlock : Ptr64 _PEB
...
下面这句 +0x058 ThreadLocalStoragePointer : Ptr64 Void 能够看出，其实就是指向 ThreadLocalStoragePointer。
3) qword ptr [r8+r9*8]
有了前两步的根底，这句汇编就很简略了，它做了一个索引操作: ThreadLocalStoragePointer[tls_index] ，对不对，从而获取属于该线程的 tls 内容，这个 ThreadStatic 的变量就会寄存在这个数组的某一个内存块中。
后续还有一些计算偏移的逻辑运算都基于这个 ThreadLocalStoragePointer[tls_index] 之上，办法调用绕来绕去，汇编没法看哈 ????????????
四：总结
总的来说，能够确定 ThreadStatic 变量 的确是寄存在 TEB 的 ThreadLocalStoragePointer 数组中，这几天 NET5 的 CoreCLR 没有编译胜利，大家如果感兴趣，能够 调试 CoreCLR + 汇编 做更深刻的开掘！
更多高质量干货：参见我的 GitHub: dotnetfly
