多线程程序设计（十）——Two-Phase Termination

本文摘要了《Java多线程设计模式》一书中提及的 Two-Phase Termination 模式的适用场景，并针对书中例子（若干名称有微调）给出一份 C++ 参考实现及其 UML 逻辑图，也列出与之相关的模式。

◆ 适用场景

保证线程接收到了终止请求后，能够尽快并安全地终止线程。

◆ 解决方案

定义一个标志位，表示是否终止线程；在线程执行具体任务前，先判断是否要终止当前工作。

◆ 参考实现

例子模拟了一个计数器（Countup）从启动到被要求停止的整个过程。计数的过程中收到停止请求后，没有立即停止，而是先执行了收尾输出工作，最后才停下来。

class Countup
{

    ...
    
    atomic_bool
    __shutdownrequested__;              #1

    ...

    void
    shutdown()
    {
        __shutdownrequested__.store(true, memory_order_release);
    }


    void
    run()
    {
        while (!__shutdownrequested__.load(memory_order_acquire)) {             #2
            ++__counter__;
            std::printf("\tWorking: count = %ld\n", __counter__);
            std::this_thread::sleep_for(milliseconds(500));
        }
        std::printf("\tEnding: count = %ld\n", __counter__);                #3
        std::printf("\tShutdown\n");
    }

};

Countup 的停止标志位 __shutdownrequested__，用于判断是否接受到了停止的请求（#1）。Countup::run() 是计时开始的入口函数，每隔 0.5 秒会判断是否收到停止请求。如停止标志位指示不停止计数，计数器就继续计数；当停止标志位指示停止计数，就退出计数（#2）。在结束计数前的收尾工作中，会输出最终的计数结果（#3）。

int
main(int argc, char * argv[])
{
    ...

    Countup c;
    thread t(&Countup::run, &c);

    std::this_thread::sleep_for(milliseconds(10000));

    std::printf("main shutdown requested\n");
    c.shutdown();                                       #1
    std::printf("main join\n");

    t.join();
    std::printf("main END\n");

    ...
}

主程序启动计数器，在 10 秒钟之后向其发出停止的请求（#1），并等待计数器结束。

以下类图展现了代码主要逻辑结构,

以下顺序图展现了线程并发中的交互。

◆ 验证测试

笔者在实验环境一中编译代码（-std=c++11）成功后运行可执行文件，

$ g++ -std=c++11 -lpthread two-phase_termination.cpp
$ ./a.out

运行结果如下：

...
main BEGIN
	Working: count = 1
	Working: count = 2
	...
	Working: count = 19
	Working: count = 20
main shutdown requested
main join
	Ending: count = 20
	Shutdown
main END
...

从输出过程可以看到，当主线程向计数器线程发出停止的请求后，计数器先完成了收尾的输出工作，最后计数器和主线程分别结束。

◆ 相关模式

• 进行终止处理时，为了禁止其他操作，可使用 Balking 模式。

◆ 最后

完整的代码请参考 [gitee] cnblogs/18853368 。更多模式请参考多线程程序设计。

致《Java多线程设计模式》的作者结城浩。写作中也参考了《C++并发编程实战》中的若干建议，致作者 Anthony Williams 和译者周全等。