在C++中等待一个分离线程结束

Question

如何在C++中等待已分离的线程完成？

我不关心退出状态，我只想知道线程是否已完成。

我试图为异步第三方工具提供同步包装器。 问题是涉及回调的奇怪竞争条件崩溃。 进展如下：

1. 我调用第三方并注册回调
2. 当第三方完成时，它使用回调通知我--在一个我无法真正控制的分离线程中。
3. 我希望来自（1）的线程等待直到调用（2）。

我想将其包装在提供阻塞调用的机制中。 到目前为止，我有：

class Wait {
  public:
  void callback() {
    pthread_mutex_lock(&m_mutex);
    m_done = true;
    pthread_cond_broadcast(&m_cond);
    pthread_mutex_unlock(&m_mutex);
  }

  void wait() {
    pthread_mutex_lock(&m_mutex);
    while (!m_done) {
      pthread_cond_wait(&m_cond, &m_mutex);
    }
    pthread_mutex_unlock(&m_mutex);
  }

  private:
  pthread_mutex_t m_mutex;
  pthread_cond_t  m_cond;
  bool            m_done;
};

// elsewhere...
Wait waiter;
thirdparty_utility(&waiter);
waiter.wait();

据我所知，这应该可以工作，并且通常也能工作，但有时会崩溃。从核心文件中可以确定问题是这样的：

1. 当回调广播 m_done 的结束时，等待线程会被唤醒
2. 等待线程现在已经完成，Wait 被销毁。Wait 的所有成员都被销毁，包括互斥锁和条件变量。
3. 回调线程尝试从广播点继续执行，但现在正在使用已释放的内存，导致内存损坏。
4. 当回调线程尝试返回（在我的糟糕回调方法的上面）时，程序会崩溃（通常是 SIGSEGV，但我几次看到过 SIGILL）。

我尝试了很多不同的机制来解决这个问题，但都没有解决问题。我仍然会偶尔遇到崩溃。

编辑：更多细节：

这是一个大规模多线程应用程序的一部分，因此创建静态 Wait 并不实际。

我运行了一个测试，在堆上创建 Wait，并故意泄漏内存（即 Wait 对象从未被释放），结果没有崩溃。所以我确定这是 Wait 被释放得太早的问题。

我还尝试了在 wait 中解锁后使用 sleep(5) 的测试，也没有出现崩溃。虽然我不喜欢依赖这样的 hack。

编辑：第三方细节：

一开始我认为这与问题无关，但越想越觉得这是真正的问题：

我提到的第三方东西，以及为什么我无法控制线程：这是使用 CORBA。

因此，CORBA 可能会比预期更长时间地保留对我的对象的引用。

- Tim

Answer 1

是的，我相信你描述的情况正在发生（在解除分配时存在竞态条件）。一种快速修复方法是创建一个不会被销毁的Wait的静态实例。只要您不需要同时拥有多个等待者，这将起作用。

您还将永久使用该存储器，它不会解除分配。但看起来并不太糟糕。

主要问题是协调线程间通信构造的生命周期很难：您始终需要至少一个剩余的通信构造来进行通信，以便安全地销毁（至少在没有垃圾收集的语言中，如C ++）。

编辑： 有关使用全局互斥体进行引用计数的一些想法，请参见注释。

- Adam Goode

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不幸的是，这是在一个大规模多线程应用程序中，我们真的希望为每个线程使用单独的等待对象 - 否则会严重拖慢我们的速度。 - Tim

另外，如果我们使用静态等待，那么就存在协调哪个线程需要恢复的问题。 - Tim

好的，你可以这样做。你可以为Wait对象添加一个refcount字段，并受全局互斥保护。将refcount从2开始，当回调和等待者完成后，都减少refcount。如果全局互斥成为瓶颈，还有其他更复杂的解决方案。 - Adam Goode

此外，如果您可以使用原子操作来处理引用计数，则不需要全局互斥锁。 - Adam Goode

太好了！引用计数实际上是由CORBA提供的，但这解决了问题！谢谢！ - Tim

Answer 2

你是否正确地初始化和销毁了互斥锁和条件变量？

Wait::Wait()
{
    pthread_mutex_init(&m_mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&m_cond, NULL);
    m_done = false;
}

Wait::~Wait()
{
    assert(m_done);
    pthread_mutex_destroy(&m_mutex);
    pthread_cond_destroy(&m_cond);
}

确保您不会过早销毁Wait对象--如果它在一个线程中被销毁，而另一个线程仍然需要它，那么您将得到一种竞争条件，这很可能会导致段错误。我建议将其作为全局静态变量，在程序初始化（main()之前）时构造，并在程序退出时销毁。

- Adam Rosenfield

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是的，mutex和cond已经被正确地初始化/销毁。我实际上在这些上使用了经过充分测试的包装类。而且，我确定Wait正在被过早地销毁——当一个线程仍然在Wait::callback中时。 - Tim

Answer 3

据我所知，没有一种可移植的方法可以直接询问线程是否完成运行（即没有pthread_函数）。你正在做的事情是正确的方式，至少在拥有一个条件进行信号的方面是正确的。如果您看到崩溃，并且您确定这些崩溃是由于当创建它的线程退出时Wait对象被释放（而不是一些其他微妙的锁定问题 - 这种情况非常普遍），那么问题在于您需要确保Wait没有被释放，通过从执行通知的线程以外的线程进行管理。将其放入全局内存或动态分配并与该线程共享。最简单的方法是不要让等待的线程拥有Wait的内存，而是让等待的线程拥有它。

- quark

Answer 4

如果您的假设是正确的，那么第三方模块似乎存在缺陷，您需要想出某种方法来使您的应用程序正常工作。

静态Wait不可行。如何使用Wait池（它甚至可以根据需求增长）？您的应用程序是否使用线程池运行？ 虽然在第三方模块仍在使用同一Wait时仍有可能被重复使用。但是，通过在池中适当排队空闲等待，您可以将这种机会最小化。

免责声明：我绝不是线程安全方面的专家，因此请将此帖子视为外行人的建议。

- BostonLogan