在派生类中管理线程生命周期

Question

我有一个 Base 类，它充当多个同步事件处理策略的接口。我现在想要异步处理事件的策略。为了最大限度地减少代码重构，每种策略都有自己的内部线程用于异步事件处理。我主要关心的是如何管理这个线程的生命周期。 Derived 策略类是在代码库周围构建和销毁的，因此很难在策略类之外管理线程生命周期（启动/停止）。

我最终得到了以下代码：

#include <iostream>
#include <cassert>

#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/thread.hpp>

struct Base
{
    virtual ~Base()
    {
        std::cout << "In ~Base()" << std::endl;

        // For testing purpose: spend some time in Base dtor
        boost::this_thread::sleep(boost::posix_time::milliseconds(1000));
    }

    virtual void processEvents() = 0;

    void startThread()
    {
        if(_thread)
        {
            stopThread();
        }
        _thread.reset(new boost::thread(&Base::processEvents, this));
        assert(_thread);
    }

    void stopThread()
    {
        if(_thread)
        {
            std::cout << "Interrupting and joining thread" << std::endl;
            _thread->interrupt();
            _thread->join();
            _thread.reset();
        }
    }

    boost::shared_ptr<boost::thread> _thread;
};

struct Derived : public Base
{
    Derived()
    {
        startThread();
    }

    virtual ~Derived()
    {

        std::cout << "In ~Derived()" << std::endl;

        // For testing purpose: make sure the virtual method is called while in dtor
        boost::this_thread::sleep(boost::posix_time::milliseconds(1000));

        stopThread();

    }

    virtual void processEvents()
    {
        try
        {
            // Process events in Derived specific way
            while(true)
            {
                // Emulated interruption point for testing purpose
                boost::this_thread::sleep(boost::posix_time::milliseconds(100));
                std::cout << "Processing events..." << std::endl;
            }
        }
        catch (boost::thread_interrupted& e)
        {
            std::cout << "Thread interrupted" << std::endl;
        }
    }
};

int main(int argc, char** argv)
{
    Base* b = new Derived;
    delete b;
    return 0;
}

如您所见，线程被中断并加入到 Derived 类析构函数中。 Stackoverflow 上的许多 cmets 认为在析构函数中加入线程是个坏主意。但是，考虑到必须通过 Derived 类的构造/销毁来管理线程生命周期的约束，我找不到更好的主意。有人有更好的提议吗？

Answer 1

在类被销毁时释放类创建的资源是个好主意，即使其中一个资源是线程。但是，当在析构函数中执行任何重要任务时，通常值得花时间全面检查其含义。

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析构函数

一般规则是not throw exceptions in destructors。如果Derived 对象位于从另一个异常展开的堆栈中，并且Derived::~Derived() 抛出异常，则将调用std::terminate()，从而终止应用程序。虽然Derived::~Derived() 没有显式抛出异常，但重要的是要考虑到它正在调用的某些函数可能会抛出异常，例如_thread->join()。

如果std::terminate() 是所需的行为，则无需更改。但是，如果不需要 std::terminate()，则捕获 boost::thread_interrupted 并取消它。

try
{
  _thread->join();
}
catch (const boost::thread_interrupted&)
{
  /* suppressed */ 
}

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继承

看起来继承被用于代码重用和通过将异步行为隔离到Base层次结构内部来最小化代码重构。但是，一些样板逻辑也在Dervied 中。由于派生自 Base 的类已经必须更改，我建议考虑聚合或 CRTP 以尽量减少这些类中的样板逻辑和代码量。

例如可以引入一个辅助类型来封装线程逻辑：

class AsyncJob
{
public:
  typedef boost::function<void()> fn_type;

  // Start running a job asynchronously.
  template <typename Fn>
  AsyncJob(const Fn& fn)
    : thread_(&AsyncJob::run, fn_type(fn))
  {}

  // Stop the job.
  ~AsyncJob()
  {
    thread_.interrupt();

    // Join may throw, so catch and suppress.
    try { thread_.join(); }
    catch (const boost::thread_interrupted&) {}
  }

private: 

  //  into the run function so that the loop logic does not
  // need to be duplicated.
  static void run(fn_type fn)
  {
    // Continuously call the provided function until an interrupt occurs.
    try
    {
      while (true)
      {
        fn();

        // Force an interruption point into the loop, as the user provided
        // function may never call a Boost.Thread interruption point.
        boost::this_thread::interruption_point();
      }
    }
    catch (const boost::thread_interrupted&) {}
  }

  boost::thread thread_;
};

这个帮助类可以在Derived的构造函数中聚合和初始化。它消除了对大部分样板代码的需求，并且可以在其他地方重用：

struct Derived : public Base
{
    Derived()
      : job_(boost::bind(&Base::processEvents, this))
    {}

    virtual void processEvents()
    {
      // Process events in Derived specific way
    }

private:

  AsyncJob job_;
};

另一个关键点是AsyncJob 强制一个Boost.Thread interruption point 进入循环逻辑。作业关闭逻辑是根据中断点来实现的。因此，在迭代期间达到中断点至关重要。否则，如果用户代码从未到达中断点，则可能会陷入死锁。

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使用寿命

检查是线程的生命周期必须与对象的生命周期关联，还是异步事件处理需要与对象的生命周期关联。如果是后者，那么可能值得考虑使用线程池。线程池可以对线程资源提供更精细的控制，例如施加最大限制，并最大限度地减少浪费的线程数量，例如线程什么都不做或花费时间创建/销毁短期线程。

例如，考虑用户创建一个包含 500 个Dervied 类的数组的情况。处理 500 个策略需要 500 个线程吗？或者 25 个线程可以处理 500 个策略？请记住，在某些系统上，线程创建/销毁可能会很昂贵，甚至操作系统可能会施加最大线程限制。

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最后，检查权衡，并确定哪些行为是可接受的。尽量减少代码重构可能很困难，特别是在更改对代码库的各个区域有影响的线程模型时。完美的解决方案很难获得，因此请确定涵盖大多数情况的解决方案。一旦明确定义了受支持的行为，就可以修改现有代码，使其处于受支持的行为范围内。