Question

如何正确的终止正在运行的子线程

Answer 1

首先我们来看一下，让当前正在运行的子线程停止的所有方法
1.任何一个线程调用exit
2.pthread_exit
3.pthread_kill
4.pthread_cancel

下面我们一一分析各种终止正在运行的程序的方法

任何一个线程调用exit
任何一个线程只要调用了exit都会导致进程结束，各种子线程当然也能很好的结束了，可是这种退出会有一个资源释放的问题.我们知道当一个进程终止时，内核对该进程所有尚未关闭的文件描述符调用close关闭，所以即使用户程序不调用close，在终止时内核也会自动关闭它打开的所有文件。没错，标准C++ IO流也会很好的在exit退出时得到flush并且释放资源，这些东西并不会造成资源的浪费（系统调用main函数入口类似于exit(main(argc,argv))).表面上似乎所有的问题都能随着进程的结束来得到很好的处理，其实并不然，我们程序从堆上分配的内存就不能得到很好的释放，如new ,delete后的存储空间，这些空间进程结束并不会帮你把这部分内存归还给内存.(本文初稿时，因基础不牢固，此处写错，事实上无论进程这样结束，系统都将会释放掉所有代码所申请的资源，无论是堆上的还是栈上的。（感谢ZKey的指导）。这种结束所有线程（包括主线程）的方式实际上在很多时候是非常可取的，但是对于针对关闭时进行一些别的逻辑的处理（指非资源释放逻辑）就不会很好，例如我想在程序被kill掉之前统计一下完成了多少的工作，这个统计类似于MapReduce，需要去每个线程获取，并且最后归并程一个统一的结果等等场景）

pthread_exit
此函数的使用场景是当前运行的线程运行pthread_exit得到退出，对于各个子线程能够清楚地知道自己在什么时候结束的情景下，非常好用，可是实际上往往很多时候一个线程不能知道知道在什么时候该结束，例如遭遇Ctrl+C时,kill进程时，当然如果排除所有的外界干扰的话，那就让每个线程干完自己的事情后，然后自觉地乖乖的调用pthread_exit就可以了，这并不是本文需要讨论的内容，本文的情景就是讨论如何处理特殊情况。
这里还有一种方法，既然子线程可以通过pthread_exit来正确退出，那么我们可以在遭遇Ctrl+C时,kill进程时处理signal信号，然后分别给在某一个线程可以访问的公共区域存上一个flag变量，线程内部每运行一段时间（很短）来检查一下flag，若发现需要终止自己时，自己调用pthread_exit，此法有一个弱点就是当子线程需要进行阻塞的操作时，可能无暇顾及检查flag，例如socket阻塞操作。如果你的子线程的任务基本没有非阻塞的函数，那么这么干也不失为一种很好的方案。

pthread_kill
不要被这个可怕的邪恶的名字所吓倒，其实pthread_kill并不像他的名字那样威力大，使用之后，你会感觉，他徒有虚名而已
pthread_kill的职责其实只是向指定的线程发送signal信号而已，并没有真正的kill掉一个线程，当然这里需要说明一下，有些信号的默认行为就是exit，那此时你使用pthread_kill发送信号给目标线程，目标线程会根据这个信号的默认行为进行操作，有可能是exit。当然我们同时也可以更改获取某个信号的行为，以此来达到我们终止子线程的目的。
1 #define _MULTI_THREADED
2 #include <pthread.h>
3 #include <stdio.h>
4 #include <signal.h>
5 #include "check.h"
6
7 #define NUMTHREADS 3
8 void sighand(int signo);
9
10 void *threadfunc(void *parm)
11 {
12 pthread_t self = pthread_self();
13 pthread_id_np_t tid;
14 int rc;
15
16 pthread_getunique_np(&self, &tid);
17 printf("Thread 0x%.8x %.8x entered\n", tid);
18 errno = 0;
19 rc = sleep(30);
20 if (rc != 0 && errno == EINTR) {
21 printf("Thread 0x%.8x %.8x got a signal delivered to it\n",
22 tid);
23 return NULL;
24 }
25 printf("Thread 0x%.8x %.8x did not get expected results! rc=%d, errno=%d\n",
26 tid, rc, errno);
27 return NULL;
28 }
29
30 int main(int argc, char **argv)
31 {
32 int rc;
33 int i;
34 struct sigaction actions;
35 pthread_t threads[NUMTHREADS];
36
37 printf("Enter Testcase - %s\n", argv[0]);
38
39 printf("Set up the alarm handler for the process\n");
40 memset(&actions, 0, sizeof(actions));
41 sigemptyset(&actions.sa_mask);
42 actions.sa_flags = 0;
43 actions.sa_handler = sighand;
44
45 rc = sigaction(SIGALRM,&actions,NULL);
46 checkResults("sigaction\n", rc);
47
48 for(i=0; i<NUMTHREADS; ++i) {
49 rc = pthread_create(&threads[i], NULL, threadfunc, NULL);
50 checkResults("pthread_create()\n", rc);
51 }
52
53 sleep(3);
54 for(i=0; i<NUMTHREADS; ++i) {
55 rc = pthread_kill(threads[i], SIGALRM);
56 checkResults("pthread_kill()\n", rc);
57 }
58
59 for(i=0; i<NUMTHREADS; ++i) {
60 rc = pthread_join(threads[i], NULL);
61 checkResults("pthread_join()\n", rc);
62 }
63 printf("Main completed\n");
64 return 0;
65 }
66
67 void sighand(int signo)
68 {
69 pthread_t self = pthread_self();
70 pthread_id_np_t tid;
71
72 pthread_getunique_np(&self, &tid);
73 printf("Thread 0x%.8x %.8x in signal handler\n",
74 tid);
75 return;
76 }

运行输出为：
1 Output:
2
3 Enter Testcase - QP0WTEST/TPKILL0
4 Set up the alarm handler for the process
5 Thread 0x00000000 0000000c entered
6 Thread 0x00000000 0000000d entered
7 Thread 0x00000000 0000000e entered
8 Thread 0x00000000 0000000c in signal handler
9 Thread 0x00000000 0000000c got a signal delivered to it
10 Thread 0x00000000 0000000d in signal handler
11 Thread 0x00000000 0000000d got a signal delivered to it
12 Thread 0x00000000 0000000e in signal handler
13 Thread 0x00000000 0000000e got a signal delivered to it
14 Main completed
　　我们可以通过截获的signal信号，来释放掉线程申请的资源，可是遗憾的是我们不能再signal处理里调用pthread_exit来终结掉线程，因为pthread_exit是中介当前线程，而signal被调用的方式可以理解为内核的回调，不是在同一个线程运行的，所以这里只能做处理释放资源的事情，线程内部只有判断有没有被中断（一般是EINTR）来断定是否要求自己结束，判定后可以调用pthread_exit退出。
　　此法对于一般的操作也是非常可行的，可是在有的情况下就不是一个比较好的方法了，比如我们有一些线程在处理网络IO事件，假设它是一种一个客户端对应一个服务器线程，阻塞从Socket中读消息的情况。我们一般在网络IO的库里面回家上对EINTR信号的处理，例如recv时发现返回值小于0，检查error后，会进行他对应的操作。有可能他会再recv一次，那就相当于我的线程根本就不回终止,因为网络IO的类有可能不知道在获取EINTR时要终止线程。也就是说这不是一个特别好的可移植方案，如果你线程里的操作使用了很多外来的不太熟悉的类，而且你并不是他对EINTR的处理手段是什么，这是你在使用这样的方法来终止就有可能出问题了。而且如果你不是特别熟悉这方面的话你会很苦恼，“为什么我的测试代码全是ok的，一加入你们部门开发的框架进来就不ok了，肯定是你们框架出问题了”。好了，为了不必要的麻烦，我最后没有使用这个方案。

pthread_cancel
　　这个方案是我最终采用的方案，我认为是解决这个问题，通用的最好的解决方案，虽然前面其他方案的有些问题他可能也不好解决，但是相比较而言，还是相当不错的
pthread_cancel可以单独使用，因为在很多系统函数里面本身就有很多的断点，当调用这些系统函数时就会命中其内部的断点来结束线程，如下面的代码中，即便注释掉我们自己设置的断点pthread_testcancel()程序还是一样的会被成功的cancel掉，因为printf函数内部有取消点（如果大家想了解更多的函数的取消点情况，可以阅读《Unix高级环境编程》的线程部分）
1 #include <pthread.h>
2 #include <stdio.h>
3 #include<stdlib.h>
4 #include <unistd.h>
5 void *threadfunc(void *parm)
6 {
7 printf("Entered secondary thread\n");
8 while (1) {
9 printf("Secondary thread is looping\n");
10 pthread_testcancel();
11 sleep(1);
12 }
13 return NULL;
14 }
15
16 int main(int argc, char **argv)
17 {
18 pthread_t thread;
19 int rc=0;
20
21 printf("Entering testcase\n");
22
23 /* Create a thread using default attributes */
24 printf("Create thread using the NULL attributes\n");
25 rc = pthread_create(&thread, NULL, threadfunc, NULL);
26 checkResults("pthread_create(NULL)\n", rc);
27
28 /* sleep() is not a very robust way to wait for the thread */
29 sleep(1);
30
31 printf("Cancel the thread\n");
32 rc = pthread_cancel(thread);
33 checkResults("pthread_cancel()\n", rc);
34
35 /* sleep() is not a very robust way to wait for the thread */
36 sleep(10);
37 printf("Main completed\n");
38 return 0;
39 }
输出：
Entering testcase
Create thread using the NULL attributes
Entered secondary thread
Secondary thread is looping
Cancel the thread
Main completed
　　 POSIX保证了绝大部分的系统调用函数内部有取消点，我们看到很多在cancel调用的情景下，recv和send函数最后都会设置pthread_testcancel()取消点，其实这不是那么有必要的，那么究竟什么时候该pthread_testcancel()出场呢？《Unix高级环境编程》也说了，当遇到大量的基础计算时（如科学计算），需要自己来设置取消点。
ok，得益于pthread_cancel，我们很轻松的把线程可以cancel掉，可是我们的资源呢？何时释放...
下面来看两个pthread函数
1.void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *), void *arg);
2.void pthread_cleanup_pop(int execute);
这两个函数能够保证在 1函数调用之后，2函数调用之前的任何形式的线程结束调用向pthread_cleanup_push注册的回调函数
另外我们还可通过下面这个函数来设置一些状态。