Effective Modern C++ 条款37 在所有路径上，让std::thread对象变得不可连接（unjoinable）

让std::thread对象在所有路径都无法连接

每个std::thread对象的状态都是这两种中的一种：joinable（可连接的）或unjoinable（不可连接的）。一个可连接的std::thread对应一个底层异步执行线程，例如，一个std::thread对应的一个底层线程，它会被阻塞或等待被调度，那么这个std::thread就是可连接的。std::thread对象对应的底层线程可以将代码运行至结束，也可将其视为可连接的。

不可连接的std::thread的意思就如你想象那样：std::thread不是可连接的。不可连接的std::thread对象包括：

默认构造的std::thread。这种std::thread没有函数可以执行，因此没有对应的底层执行线程。 被移动过的std::thread。移动的结果是，一个std::thread对应的底层执行线程被对应到另一个std::thread。 被连接过（调用了join）的std::thread。在调用了join之后，std::thread对应的底层执行线程结束运行，就没有对应的底层线程了。 被分离（detach）的std::thread。detach把std::thread对象与它对应的底层执行线程分离开。

std::thread的连接性是很重要的，其中一个原因是：如果一个可连接的线程对象执行了析构操作，那么程序会被终止。例如，假设我们有一个函数dowork，它的参数包含过滤器函数filter、一个最大值maxval。dowork把0到maxval之间值传给过滤器，然后满足特定条件就对满足过滤器的值进行计算。如果执行过滤器函数是费时的，而检查条件也是费时的，那么并发做这两件事是合理的。

我们其实会更偏向于使用基于任务的设计（看条款35），但是让我们假定我们想要设置执行过滤器线程的优先级。条款35解释过请求使用线程的本机句柄（native handle）时，只能通过std::thread的api；基于任务的api没有提供这个功能。因此我们的方法是基于线程，而不是基于任务。

我们可以提出这样的代码：

constexpr auto tenmillion = 10000000; // 关于constexpr，看条款15

bool dowork(std::function filter, // 返回是否会进行计算
 int maxval = tenmillion) // 关于std::function，看条款2
{
 std::vector goodvals; // 满足过滤器的值

 std::thread t([&filter, maxval, &goodvals])
 {
 for (auto i = 0; i <= maxval; ++i)
 { if (filter(i) goodvals.push_back(i); }
});

auto nh = t.native_handle(); // 获取t的本机句柄
...  // 使用t的本机句柄设置t的优先级

 if (conditionsaresatisfied()) {
 t.join(); // 等待t结束
 performcomputation(goodvals);
 return true; // 会进行计算
}

 return false; // 不会进行计算
}

在我解释这个代码为什么有问题之前，我想提一下tenmillion的初始值在c++14可以变得更有可读性，利用c++14的能力，把单引号作为数字的分隔符：

constexpr auto tenmillion = 10'000'000; // c++14

我还想提一下在线程t开始执行之后才去设置它的优先级，这有点像众所周知的马脱缰跑了后你才关上门。一个更好设计是以暂停状态启动线程t（因此可以在执行之前修改它的优先级），但我不想那部分的代码使你分心。如果你已经严重分心了，那么请去看条款39，因为那里展示了如何启动暂停的线程。

回到dowork，如果conditionsaresatisfied()返回true，那么没问题，但如果返回false或者抛出异常，那么在dowork的末尾，调用std::thread的析构函数时，它状态是可连接的，那会导致执行中的程序被终止。

你可能想知道std::thread的析构函数为什么会表现出这种行为，那是因为另外两种明显的选项会更糟。它们是：

隐式连接（join）。在这种情况下，std::thread的析构函数会等待底层异步执行线程完成工作。这听起来合情合理，但是这会导致难以追踪的性能异常。例如，如果conditionaresatisfied()已经返回false了，dowork函数还要等待过滤器函数的那个循环，这是违反直觉的。 隐式分离（detach)。在这种情况下，std::thread的析构函数会分离std::thread对象与底层执行线程之间的连接，而那个底层执行线程会继续执行。这听起来和join那个方法一样合理，但它导致更难调试的问题。例如，在dowork中，goodvals是个通过引用捕获的局部变量，它可以在lambda内被修改（通过push_back），然后，假如当lambda异步执行时，conditionsaresatisfied()返回false。那种情况下，dowork会直接返回，它的局部变量（包括goodvals）会被销毁，dowork的栈帧会被弹出，但是线程仍然执行。

在接着dowork调用端之后的代码中，某个时刻，会调用其它函数，而至少一个函数可能会使用一部分或者全部dowork栈帧占据过的内存，我们先把这个函数称为f。当f运行时，dowork发起的lambda依然会异步执行。lambda在栈上对goodvals调用push_back，不过如今是在f的栈帧中。这样的调用会修改过去属于goodvals的内存，而那意味着从f的角度看，栈帧上的内存内容会自己改变！想想看你调试这个问题时会有多滑稽。

标准委员会任务销毁一个可连接的线程实在太恐怖了，所以从根源上禁止它（通过指定可连接的线程的析构函数会终止程序）。

这就把责任交给了你，如果你使用了一个std::thread对象，你要确保在它定义的作用域外的任何路径，使它变为不可连接。但是覆盖任何路径是很复杂的，它包括关闭流出范围然后借助return、continue、break、goto或异常来跳出，这有很多条路径。

任何时候你想要在每一条路径都执行一些动作，那么最常用的方法是在局部对象的析构函数中执行动作。这些对象被称为了raii对象，而产生它们的类被称为raii类（raii（resource acquisition is initialization）表示“资源获取就是初始化”，即使技术的关键是销毁，而不是初始化）。raii类在标准库很常见，例子包括stl容器（每个容器的析构函数都会销毁容器的内容并释放内存）、标准智能指针（条款18-20解释了std::unique_ptr析构函数会对它指向的对象调用删除器，而std::shared_ptr和std::weak_ptr的析构函数会减少引用计数）、std::fstream对象（它们的析构函数会关闭对应的文件），而且还有很多。然而，没有关于std::thread的标准raii类，可能是因为标准委员会拒绝把join或detach作为默认选项，这仅仅是不知道如何实现这样类。

幸运的是，你自己写一个不会很难。例如，下面这个类，允许调用者指定threadraii对象（一个std::thread的raii对象）销毁时调用join或者detach：

class threadraii {
public:
 enum class dtoraction { join, detach }; // 关于enum class，请看条款10

 threadraii（std::thread&& t, dtoraction a) // 在析构函数，对t采取动作a
 : action(a), t(std::move(t)) {}

 ~threadraii()
 {
 if (t.joinable()) { // 关于连接性测试，看下面
 if (action == dtoraction::join) {
 t.join();
} else {
 t.detach();
}
}

 std::thread& get() { return t; }

private:
 dtoraction action;
 std::thread t;
};

我希望这份代码是一目了然的，但下面的几点可能对你有帮助：

构造函数只接受右值的std::thread，因为我们想要把传进来的std::thread对象移动到threadraii对象里。（std::thread是不能被拷贝的类型。） 对于调用者，构造函数的形参顺序的设计十分直观（指定std::thread作为第一个参数，而销毁动作作为第二个参数，比起反过来直观很多），但是，成员初始化列表被设计来匹配成员变量声明的顺序，成员变量的顺序是把std::thread放到最后。在这个类中，这顺序不会导致什么不同，不过一般来说，一个成员变量的初始化有可能依赖另一个成员变量，而因为std::thread对象初始化之后可能会马上运行函数，所以把它们声明在一个类的最后是一个很好的习惯。那保证了当std::thread构造的时候，所有在它之前的成员变量都已经被初始化，因此std::thread成员变量对应的底层异步执行线程可以安全地取得它们。 threadraii提供了一个get函数，它是一个取得内部std::thread对象的入口，这类似于标准智能指针提供了get函数（它提供了取得内部原生指针的入口）。提供get可以避免threadraii复制std::thread的所有接口，而这也意味着threadraii可以用于请求std::thread对象的上下文。 threadraii的析构函数在调用std::thread对象t的成员函数之前，它先检查确保t是可连接的。这是必需的，因为对一个不可连接的线程调用join或detach会产生未定义行为。某个用户构建了一个std::thread，然后用它创建threadraii对象，再使用get请求获得t，接着移动t或者对t调用join或detach，这是有可能发生的，而这样的行为会导致t变得不可连接。

如果你担心这代码，

if (t.joinable()) {

if (action == dtoraction::join) {

t.join();

} else {

t.detach();

}

}

存在竞争，因为在t.joinable()和调用join或detach之间，另一个线程可能让t变得不可连接。你的直觉是值得赞扬的，但是你的害怕是没有根据的。一个std::thread对象只能通过调用成员函数来从可连接状态转换为不可连接状态，例如，join、detach或移动操作。当threadraii对象的析构函数被调用时，不应该有其他线程调用该对象的成员函数。如果这两个函数同时发生，那的确是竞争，但竞争没有发生在析构函数内，它是发生在试图同时调用两个成员函数（析构函数和其他）的用户代码内。一般来说，对于一个对象同时调用两个成员函数，也只有是const成员函数（看条款16）才能确保线程安全。

在我们dowork的例子中使用threadraii，代码是这样的：

bool dowork(std::function goodvals; // 如前

 threadraii t(
 std::thread([&filter, maxval, &goodvals) // 使用raii对象
 {
 for (auto i = 0; i <= maxval; ++i)
 { if (filter) goodvals.push_back(i); }
}),
threadraii::dtoraction::join // raii动作
);

 auto nh = t.get().native_handle(); 
 ...

 if (conditionsarestatisfied()) {
 t.get().join();
 performconputation(goodvals);
 return true;
}

 return false;
}

在这个例子中，我们选择在threadraii析构函数中，对异步执行线程调用join函数，因为我们之前看到，调用detach函数会导致一些恶梦般的调试。我们之前也看到过join会导致性能异常（实话说，那调试起来也很不爽），但在未定义行为（detach给的）、程序终止（使用原始std::thread会产生）、性能异常之前做出选择，性能异常就像是瘸子里面挑出的将军 。

额，条款39展示了使用threadraii在std::thread销毁中进行join不会导致性能异常，而是导致挂起程序。这种问题的“合适的”解决方案是：和异步执行的lambda进行交流，当我们不需要它时候，它可以早早的返回；但c++11不支持这种可中断的线程。我们可以手动实现它们，但那个话题已经超越了这本书的范围了（在《c++并发实战》的章节9.2可以找到）。

条款17解释过，因为threadraii声明了析构函数，所以不会有编译器生成的移动操作，但这里threadraii对象没有理由不能移动。如果编译器生成的这些函数，这些函数的可以行为是正确的，所以显示请求创建它们是适合的：

class threadraii {
public:
    enum class dtoraction { join, detach };    // 如前

    threadraii（std::thread&& t, dtoraction a)  // 如前
     : action(a), t(std::move(t)) {}

    ~threadraii()
    {
    ... // 如前
    }


    threadraii(threadraii&&) = default; // 支持移动
   threadraa& operator=(threadraii&) = default;

    std::thread& get() { return t; }

private:
    dtoraction action;
    std::thread t;
};

---

总结

需要记住的4点：

- 在所有路径上，让std::thread变得不可连接。

- 在销毁时用join会导致难以调试的性能异常。

- 在销毁时用detach会导致难以调试的未定义行为。

- 在成员变量列表最后声明std::thread。