c++ - 终止线程 c++11 在读取时被阻塞

Question

我有以下代码:

class Foo {
private:
    std::thread thread;
    void run();
    std::atomic_flag running;
    std::thread::native_handle_type native;
public:
    Foo(const std::string& filename);
    virtual ~Foo();
    virtual void doOnChange();
    void start();
    void quit();
};

#include "Foo.h"
#include <functional>

#include <iostream>

Foo::Foo(const std::string& filename) :
        thread(), running(ATOMIC_FLAG_INIT) {
    file = filename;
    native = 0;
}

Foo::~Foo() {
    quit();
}

void Foo::start() {
    running.test_and_set();
    try {
        thread = std::thread(&Foo::run, this);
    } catch (...) {
        running.clear();
        throw;
    }
    native = thread.native_handle();
}

void Foo::quit() {
    running.clear();
    pthread_cancel(native);
    pthread_join(native, nullptr);
    //c++11-style not working here
    /*if (thread.joinable()) {
        thread.join();
        thread.detach();
    }*/
}

void Foo::run() {
   while (running.test_and_set()) {
        numRead = read(fd, buf, BUF_LEN);
        .....bla bla bla.......
   }
}

我正试图从我的程序清理代码中的这个线程退出。使用 pthread 有效，但我想知道我是否可以仅使用 c++11(无 native 句柄)做一些更好的事情。在我看来，没有什么好的方法可以使用 c++11 代码来处理所有情况。正如您在此处看到的，线程在读取系统调用时被阻塞。因此，即使我清除标志，线程仍将被阻塞，并且 join 调用将永远阻塞。所以我真正需要的是一个中断(在本例中为 pthread_cancel)。但是，如果我调用 pthread_cancel，我将无法再调用 c++11 join() 方法，因为它失败了，我只能调用 pthread_join()。所以看起来标准有很大的限制，我错过了什么吗？

编辑:

在下面的讨论之后，我更改了 Foo 类实现，将 std::atomic_flag 替换为 std::atomic 并使用信号处理程序。我使用信号处理程序是因为在我看来最好有一个通用的基类，在基类中使用自管道技巧太难了，逻辑应该委托(delegate)给 child 。最终实现:

#include <thread>
#include <atomic>

class Foo {
private:
    std::thread thread;
    void mainFoo();
    std::atomic<bool> running;
    std::string name;
    std::thread::native_handle_type native;
    static void signalHandler(int signal);
    void run();
public:
    Thread(const std::string& name);
    virtual ~Thread();
    void start();
    void quit();
    void interrupt();
    void join();
    void detach();
    const std::string& getName() const;
    bool isRunning() const;
};

Cpp文件:

#include <functional>
#include <fcntl.h>
#include <limits.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/inotify.h>
#include <Foo.h>
#include <csignal>
#include <iostream>

Foo::Foo(const std::string& name) :
        name(name) {
    running = false;
    native = 0;
    this->name.resize(16, '\0');
}

Foo::~Foo() {
}

void Foo::start() {
    running = true;
    try {
        thread = std::thread(&Foo::mainFoo, this);
    } catch (...) {
        running = false;
        throw;
    }
    native = thread.native_handle();
    pthread_setname_np(native, name.c_str());
}

void Foo::quit() {
    if (running) {
        running = false;
        pthread_kill(native, SIGINT);
        if (thread.joinable()) {
            thread.join();
        }
    }
}

void Foo::mainFoo() {
 //enforce POSIX semantics
 siginterrupt(SIGINT, true);
 std::signal(SIGINT, signalHandler);
    run();
    running = false;
}

void Foo::join() {
    if (thread.joinable())
        thread.join();
}

void Foo::signalHandler(int signal) {
}

void Foo::interrupt() {
    pthread_kill(native, SIGINT);
}

void Foo::detach() {
    if (thread.joinable())
        thread.detach();
}

const std::string& Foo::getName() const {
    return name;
}

bool Foo::isRunning() const {
    return running;
}

void Foo::run() {
    while(isRunning()) {
         num = read(.....);
         //if read is interrupted loop again, this time
         //isRunning() will return false
    }
}

Answer 1

As you can see here the thread is blocked on a read system call. So even if I clear the flag the thread will be still blocked and join call will block forever.

解决方法是 std::raise 信号，例如 SIGINT 编辑:您需要使用 pthread_kill 提高信号这样信号就会被正确的线程处理。正如您可以从手册中读到的那样，read被信号中断。您必须处理 std::signal否则整个过程将提前终止。

在使用 BSD 信号处理而不是 POSIX 的系统上，系统调用默认重新启动而不是在中断时失败。我建议的方法依赖于 POSIX 行为，其中调用设置 EINTR 并返回。 POSIX 行为可以使用 siginterrupt 显式设置.另一种选择是使用 sigaction 注册信号处理程序，它不会重新启动，除非由标志指定。

read 被中断后，您必须检查线程是否应该在重试读取之前停止。

using c++11 (maybe even without it) don't call any blocking system call in the thread

调用阻塞系统调用就好了。如果您希望在不终止进程(在有限时间内)的情况下终止线程，您不应该做的是调用可能无限期长时间阻塞的不可中断系统调用。在我的脑海中，我不知道是否有任何系统调用符合这样的描述。

一个最小的例子(除了无限期阻塞read之外是完整的。你可以使用sleep(100000)来模拟它):

#include <thread>
#include <iostream>
#include <csignal>
#include <cerrno>
#include <unistd.h>

constexpr int quit_signal = SIGINT;
thread_local volatile std::sig_atomic_t quit = false;

int main()
{
    // enforce POSIX semantics
    siginterrupt(quit_signal, true);

    // register signal handler
    std::signal(quit_signal, [](int) {
        quit = true;
    });

    auto t = std::thread([]() {
        char buf[10];
        while(!quit) {
            std::cout << "initiated read\n";
            int count = read(some_fd_that_never_finishes, buf, sizeof buf);
            if (count == -1) {
                if (errno == EINTR) {
                    std::cout << "read was interrupted due to a signal.\n";
                    continue;
                }
            }
        }
        std::cout << "quit is true. Exiting\n";;
    });

    // wait for a while and let the child thread initiate read
    sleep(1);

    // send signal to thread
    pthread_kill(t.native_handle(), quit_signal);

    t.join();
}

---

强行杀死线程通常是一个非常糟糕的主意，尤其是在 C++ 中，这可能就是 std::thread API 不为其提供接口(interface)的原因。

如果你真的想杀死一个执行线程——在这种情况下这不是必需的，因为你可以安全地中断系统调用——那么你应该使用子进程而不是子线程。杀死子进程不会破坏父进程的堆。也就是说，C++ 标准库不提供进程间 API。