c++多线程在异常环境下的等待

Posted 2020-06-13

      c++11开始支持多线程编程，相关的类和函数封装在标准库头文件<thread>中，而c++多线程编程很重要的一点就是当用户创建一个std::thread对象,关联了可调用对象后,需要在该thread对象销毁前调用join()或detach()。其中join()函数用于结合线程,确保在创建该thread对象的函数退出前,该线程执行完毕;而detach()函数则表示分离线程,即让线程在后台运行,线程的所有权和控制权交给c++运行时库。若thread对象销毁前没有调用join()或detach(),则程序会被终止(thread的析构函数调用std::terminate() )。

      如果用户要分离线程,那么一般情况下在线程启动后立即调用detach()即可。但若需要等待线程,那么调用join()的时机就很重要:如果线程在开始之后、调用join()之前发生了异常,则join()的调用就会被跳过。保证线程在异常环境下的等待的方法之一是使用try/catch语句块:

 1 #include <thread>
 2 #include <stdexcept>
 3 
 4 using std::thread;
 5 using std::runtime_error;
 6 
 7 void func();
 8 
 9 void TestThread() {
10     thread thrd(func);
11     try
12     {
13         //...
14     }
15     catch (runtime_error re)
16     {
17         thrd.join();
18         throw re;
19     }
20     thrd.join();
21 }

      但是很显然,使用try/catch语句块很罗嗦,且容易将作用域弄乱。一个更好的方法是使用资源获取即初始化(Resource Acquisition Is Initialization, RAII)的方法,RAII是C++的一种管理资源、避免泄漏的惯用法。C++标准保证任何情况下，已构造的对象最终会销毁，即它的析构函数最终会被调用。简单的说，RAII 的做法是使用一个对象，在其构造时获取资源，在对象生命期控制对资源的访问使之始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源。

      使用RAII的代码如下:

 1 #include <thread>
 2 
 3 using std::thread;
 4 
 5 void func();
 6 
 7 class Thread_RAII {
 8 private:
 9     thread &thrd;
10 public:
11     explicit Thread_RAII(thread &p_thrd) : thrd(p_thrd) {}
12     ~Thread_RAII()
13     {
14         if (thrd.joinable())
15         {
16             thrd.join();
17         }
18     }
19     Thread_RAII(const Thread_RAII &) = delete;
20     Thread_RAII & operator=(const Thread_RAII &) = delete;
21 };
22 
23 void TestThread()
24 {
25     thread thrd(func);
26     Thread_RAII tr(thrd);
27     //...
28 }

      当函数TestThread()执行到末尾时,局部对象按照构造的逆序进行销毁,因此tr首先被销毁,于是其中的thrd对象被结合,即使在之前其中的某条语句执行时引发异常而退出时也是如此。

      上述代码还有两点需要注意：

      ①析构函数在调用join()之前需要检查thrd是否是joinable()的,因为对于一个线程,join()只能调用一次。

      ②Thread_RAII类的拷贝构造函数及拷贝复制运算符是删除的,这是因为thread对象和istream、ostream、unique_ptr一样是不可拷贝的(但可以移动)。