摘要：實際上，沒有任何語言或操作系統可以為你提供異步突然終止線程的便利，且不會警告你不要使用它們。
本文分享自華為雲社區《如何編寫高效、優雅、可信代碼系列（1）——C++多線程強制終止》，原文作者：我是一顆大西瓜 。
故事的起因來源於我在優化他人c++源碼的時候，想通過多線程的方式提升程序的運算效率，主要存在以下需求和難點：
- 多個線程並行跑模型，看哪個模型跑的快，跑出來后結束其他線程，線程間獨立運行無通信過程
- 源碼模型很復雜，函數調用較多，不好改動，因此不太適合通過信號或標志進行通信終止
網上搜索了一下線程結束的幾種方式：
- 線程函數的return返回（建議）。這種退出線程的方式是最安全的，在線程函數return返回后, 會清理函數內申請的類對象, 即調用這些對象的析構函數.。然后會自動調用 _endthreadex()函數來清理 _beginthreadex()函數申請的資源(主要是創建的tiddata對象)。
- 同一個進程或另一個進程中的線程調用TerminateThread函數（應避免使用該方法）。TerminateThread能夠撤消任何線程，其中hThread參數用於標識被終止運行的線程的句柄。當線程終止運行時，它的退出代碼成為你作為dwExitCode參數傳遞的值。同時，線程的內核對象的使用計數也被遞減。注意TerminateThread函數是異步運行的函數，也就是說，它告訴系統你想要線程終止運行，但是，當函數返回時，不能保證線程被撤消。如果需要確切地知道該線程已經終止運行，必須調用WaitForSingleObject或者類似的函數，傳遞線程的句柄。
- 通過調用ExitThread函數，線程將自行撤消（最好不使用該方法）。該函數將終止線程的運行，並導致操作系統清除該線程使用的所有操作系統資源。但是，C++資源（如C++類對象）將不被析構。
- ExitProcess和TerminateProcess函數也可以用來終止線程的運行（應避免使用該方法）。
選項2和3可能會導致內存泄漏，實際上，沒有任何語言或操作系統可以為你提供異步突然終止線程的便利，且不會警告你不要使用它們。所有這些執行環境都強烈建議開發人員，甚至要求在協作或同步線程終止的基礎上構建多線程應用程序。
現有的線程結束函數，包括linux系統的pthread.h中的pthread_exit()和pthread_cancel()，windows系統的win32.h中的ExitThread()和TerminateThread()，也就是說，C++沒有提供kill掉某個線程的能力，只能被動地等待某個線程的自然結束，析構函數~thread()也不能停止線程，析構函數只能在線程靜止時終止線程joinable，對於連接/分離的線程，析構函數根本無法終止線程。
要終止與OS /編譯器相關的函數的線程，我們需要知道如何從C++獲取本機線程數據類型std::thread。幸運的是，在調用或之前std::thread提供了一個API native_handle()以獲取線程的本機句柄類型。並且可以將此本地句柄傳遞給本地OS線程終止函數，例如join() detach() pthread_cancel()。
以下代碼用於顯示std::thread::native_handle()，std::thread::get_id()並pthread_self()返回相同的代碼pthread_t來處理Linux / GCC的C++線程
#include <mutex> #include <iostream> #include <chrono> #include <cstring> #include <pthread.h> std::mutex iomutex; void f(int num) { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); std::lock_guard<std::mutex> lk(iomutex); std::cout << "Thread " << num << " pthread_t " << pthread_self() << std::endl; } int main() { std::thread t1(f, 1), t2(f, 2); //t1.join(); t2.join(); ----------------pos 1 //t1.detach(); t2.detach(); -------------pos 2 std::cout << "Thread 1 thread id " << t1.get_id() << std::endl; std::cout << "Thread 2 thread id " << t2.get_id() << std::endl; std::cout << "Thread 1 native handle " << t1.native_handle() << std::endl; std::cout << "Thread 2 native handle " << t2.native_handle() << std::endl; t1.join(); t2.join(); //t1.detach(); t2.detach(); }
運行后可以得到結果
$ g++ -Wall -std=c++11 cpp_thread_pthread.cc -o cpp_thread_pthread -pthread -lpthread $ ./cpp_thread_pthread Thread 1 thread id 140109390030592 Thread 2 thread id 140109381637888 Thread 1 native handle 140109390030592 Thread 2 native handle 140109381637888 Thread 1 pthread_t 140109390030592 Thread 2 pthread_t 140109381637888
uncommentpos 1或者pos 2后，即調用join()或之后detach()，C++線程會丟失本機句柄類型的信息
$ ./cpp_thread_pthread Thread 1 pthread_t 139811504355072 Thread 2 pthread_t 139811495962368 Thread 1 thread id thread::id of a non-executing thread Thread 2 thread id thread::id of a non-executing thread Thread 1 native handle 0 Thread 2 native handle 0
因此，要有效地調用本機線程終止函數（例如pthread_cancel），需要在調用std::thread::join()時或之前保存本機句柄std::thread::detach()。這樣，始終可以使用有效的本機句柄終止線程。
class Foo { public: void sleep_for(const std::string &tname, int num) { prctl(PR_SET_NAME,tname.c_str(),0,0,0); sleep(num); } void start_thread(const std::string &tname) { std::thread thrd = std::thread(&Foo::sleep_for, this, tname, 3600); tm_[tname] = thrd.native_handle(); thrd.detach(); std::cout << "Thread " << tname << " created:" << std::endl; } void stop_thread(const std::string &tname) { ThreadMap::const_iterator it = tm_.find(tname); if (it != tm_.end()) { pthread_cancel(it->second); tm_.erase(tname); std::cout << "Thread " << tname << " killed:" << std::endl; } } private: typedef std::unordered_map<std::string, pthread_t> ThreadMap; ThreadMap tm_; }; int main() { Foo foo; std::string keyword("test_thread"); std::string tname1 = keyword + "1"; std::string tname2 = keyword + "2"; // create and kill thread 1 foo.start_thread(tname1); foo.stop_thread(tname1); // create and kill thread 2 foo.start_thread(tname2); foo.stop_thread(tname2); return 0; }
結果是
$ g++ -Wall -std=c++11 kill_cpp_thread.cc -o kill_cpp_thread -pthread -lpthread $ ./kill_cpp_thread Thread test_thread1 created: 30332 30333 pts/5 00:00:00 test_thread1 Thread test_thread1 killed: Thread test_thread2 created: 30332 30340 pts/5 00:00:00 test_thread2 Thread test_thread2 killed:
當然，條件允許的話最好還是使用返回或信號的方式終止線程，這樣也符合安全可信的要求。