thread：std::jthread::get_stop_token

引入

C++20 引入了 std::jthread，作为对传统 std::thread 的扩展，以简化线程管理和生命周期控制。std::jthread 的一大特点是内置了壳支持停止的机制，使得线程能够以协作方式被请求停止。std::jthread::get_stop_token 是这个机制的关键函数，使开发者可以获取与线程相关联的停止令牌，从而实现更优雅、安全的线程停止控制。本篇文章将探讨如何使用 get_stop_token，以及它在多线程管理中的应用。

1. 特性与函数介绍

1.1 特性

• 基于令牌的停止机制：使用 get_stop_token，可以获取与线程基础设施的停止令牌，任何请求停止的行为都会通过这个令牌进行传播，允许线程在适当的位置有序地终止。
• 资源安全性：通过令牌的机制，线程将在结束执行时正确处理资源，避免可能的内存泄露或悬挂状态。
• 增强的可控性：允许线程在需要时优雅地退出，通过令牌接收停止请求，为传统的线程停止模式提供了更灵活的替代方案。

1.2 函数语法

std::jthread::get_stop_token 的基本语法如下：

#include <thread>

class jthread {
public:
    std::stop_token get_stop_token() noexcept;  // 获取与该线程关联的停止令牌
};

• 返回值：返回一个 std::stop_token 对象，允许线程通过该令牌来检查停止请求。

2. 完整示例代码

以下示例展示了如何使用 std::jthread::get_stop_token 来安全地控制线程的停止：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>

void threadFunction(std::stop_token stop_token) {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        // 检查停止请求
        if (stop_token.stop_requested()) {
            std::cout << "Thread is stopping at iteration " << i << std::endl;
            return; // 优雅地退出线程
        }

        std::cout << "Thread is running: " << i << std::endl;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 模拟工作
    }
}

int main() {
    // 创建并启动 jthread
    std::jthread worker(threadFunction);

    // 主线程等待2秒后请求停止
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    std::cout << "Requesting thread to stop..." << std::endl;

    // 自动触发停止
    worker.request_stop(); 

    // 主线程完成
    std::cout << "Main thread finished." << std::endl;
    return 0; // worker 线程将会优雅地停止
}

3. 代码解析

1. 引入头文件：

   • 在开始之前，包含 <thread> 和 <chrono> 以支持必要的线程功能和时间延迟。

2. 定义线程函数：

   • threadFunction 接受一个 std::stop_token，并在循环中检查该令牌的状态，以决定是否停止线程的执行。

3. 创建 jthread：

   • 在 main 函数中，通过 std::jthread 创建一个线程，并将 stop_token 传递到 threadFunction。

4. 请求停止：

   • 主线程等待一段时间 (2秒) 后，调用 request_stop() 请求停止。这将通过 stop_token 传递给 threadFunction。

5. 优雅关闭：

   • 当 threadFunction 检测到请求停止的状态时，优雅地打印日志并结束线程执行。

4. 适用场景分析

4.1 异步运行及任务管理

利用 get_stop_token，在需要进行长时间运行的任务时，我们能更好地管理并控制线程的生命周期，尤其是在涉及异步编程时。

4.2 事件驱动的应用程序

在面向用户的应用程序中，能够优雅应对线程的停止请求将极大提升用户体验，特别是在事件驱动模型中可根据不同需求动态管理线程。

4.3 安全的资源释放

通过令牌机制实现的停止控制确保可以精准把握资源的管理，适用于那些涉及复杂资源清理逻辑的应用场合。

5. 总结

std::jthread::get_stop_token 凭借其灵活的令牌机制，使得在 C++20 线程编程中实现优雅的线程停止变得可能。它提供了一种优雅且安全的方式来管理并发执行，能够大幅提升多线程应用的可靠性与维护性。通过掌握 get_stop_token 的用法，开发者可以有效管理线程的生命周期，确保在复杂多变的应用环境中更高效地实现任务的控制，使得现代 C++ 的并发编程变得更为便利和强大。