如何退出后台线程循环？

Question

我有一个用于上传文件的后台线程。它循环运行；它会做一些工作，然后休眠直到超时或通过条件变量明确通知它还有更多工作要做。问题是有时我无法让线程快速退出。

这是一个简化版：

    std::thread g_thread;
    std::mutex g_mutex;
    std::condition_variable g_cond;
    bool g_stop = false;

    void threadLoop()
    {   
        while (!g_stop)
        {   
            printf("doing some stuff\n");
            std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);
            g_cond.wait_for(lock, std::chrono::seconds(15));
        }   
    }   

    int main(int argc, char* argv[])
    {           
        g_stop = false;
        g_thread = std::thread(threadLoop);

        printf("hello\n");

        g_stop = true;
        g_cond.notify_one();
        g_thread.join();
    }

当我运行这个测试程序时，我希望它能够快速退出，但有时它会卡在 wait_for() 中。我认为可能 notify_one() 发生在线程在 wait_for() 中休眠之前，但在检查 g_stop 之后。

有没有一个简单的解决方案，或者其他更好的设计模式？

Answer 1

您在没有任何同步的情况下读写g_stop 变量（例如使用原子操作，或使用互斥锁序列化对其的访问）。这是一场数据竞赛，是未定义的行为。

因为你不能安全地访问它，所以允许编译器假设没有其他线程修改过g_stop，所以在threadLoop 函数中它可以将它加载到寄存器中一次，然后不再读取变量，但只是继续循环。

为确保循环线程可以看到对变量的写入，您应该使用std::atomic<bool> 或在对该变量进行所有读取/写入之前锁定互斥锁。如果您使用 atomic<bool> 来修复未定义的行为，但不能确保线程不会等待条件变量，因为正如您所建议的那样，在检查 g_stop 的值和进入睡眠之间存在一个窗口，其中主线程可以设置g_stop = true 并向condvar 发出信号，因此循环线程不会等到notify_one() 调用之后，因此会错过它。

这个稍作改动的版本将确保如果主线程告诉它停止，线程不会等待条件变量：

std::thread g_thread;
std::mutex g_mutex;
std::condition_variable g_cond;
bool g_stop = false;

void threadLoop()
{   
    std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);
    while (!g_stop)
    {   
        printf("doing some stuff\n");
        g_cond.wait_for(lock, std::chrono::seconds(15));
    }   
}   

int main(int argc, char* argv[])
{           
    g_stop = false;
    g_thread = std::thread(threadLoop);

    printf("hello\n");

    {
      std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
      g_stop = true;
    }
    g_cond.notify_one();
    g_thread.join();
}

这是因为循环线程在检查 g_stop 时持有互斥锁上的锁，并且它一直持有该锁直到它开始等待 condvar。主线程获取锁来设置g_stop = true，它只能在其他线程等待时执行。

这意味着现在只有两种可能的执行方式。 g_stop = true 发生在线程等待 condvar 时，它要么在 notify_one() 调用之前唤醒，要么在 notify_one() 调用之前唤醒因为，但在这两种情况下它都会立即查看g_stop == true 并停止循环。