朱皮特的博客 自由的飞翔

线程暂停停止继续的设计方案--类比场景设计

2019-01-12
朱皮特
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引子

我们通常会使用线程来完成扫描、检测、下载、文件处理等工作,有时就需要对这些工作线程进行暂停、停止、继续的处理,特别是需要交互的地方:

  • 用户可以在界面上点击暂停按钮、停止按钮、继续按钮。
  • 点击退出按钮退出App时,其他线程需要退出。
  • 其他场景。

本来觉得也没什么可说的,但是最近遇到一件事:某个项目在退出时需要花费大约10s的时间,这个耗时主要是在等待未完成工作的线程结束。

我大概看了下代码,线程的退出设计的并不合理且不优雅,不能在很短的时间内退出,最终会被TerminateThread掉,而且被强制TerminateThread时可能会导致程序在别的地方出现崩溃。

因为这个原因,我打算说一说。

想法

既然涉及到暂停和继续,就要使用信号量(或事件)相关的知识,通过检查信号是否复位或置位(有的地方称激活状态)来完成。大部分人的做法也是如此,前面提到的项目也是这么做的,但是并没有实现一个理想的状态,可能对信号的使用没有理清楚。

我后来有了一个想法:既然很难搞清楚如何通过信号的方式来控制线程的暂停继续停止,何不转换一种思路来考虑呢?

慢慢思考……脑海中逐渐呈现了这样一幅场景:

茫茫的大海上,船只依靠着灯塔的指引航行,遇到危险时灯塔通知船只停止航行,前方有情况时灯塔通知船只暂停航行并等待进一步的通知,当危险情况解除后等待通知船只继续航行,如果危险没有解除通知船只停止航行。

这一切不正契合程式设计中的线程暂停停止继续吗?于是我尝试把这个理念搬到代码中去。

设计

按照上面的想法,我设计了这样一个灯塔类:

#pragma once

/*
CLightHouse mLightHouse;

在需要【暂停】的地方调用:
mLightHouse.SignalMustPause();

在需要【停止】的地方调用:
mLightHouse.SignalMustStop();

在需要【继续】的地方调用:
mLightHouse.SignalMustContinueEveythingIsOk();

在需要【自定义通知】的地方调用:
mLightHouse.SignalCustomCommandFlag(XXX);

/////////////////////////////////////////
// 在循环线程中检测是否需要:暂停、停止、继续等
if (mLightHouse.IsDangerThere()) {
	if (mLightHouse.IsMustPause()) {		// 需要暂停吗?
		mLightHouse.PauseWaitForSignal();
		if (mLightHouse.IsMustStop()) {		// 在暂停的时候可能下发了停止命令
			break;
		}
	} else if (mLightHouse.IsMustStop()) {	// 需要停止吗?
		break;
	}

	LONG nCommandFlag = mLightHouse.GetCustomCommandFlag();
	if ( nCommandFlag==XXX ) {
		// do something
	}
}
/////////////////////////////////////////
*/

class CLightHouse {
	enum {
		eFlagMustContinueEveythingIsOk = 0,		// 万事OK
		eFlagMustPause = 1,						// 请暂停
		eFlagMustStop = 2,						// 请停止
		eFlagBusy = 3,							// 忙碌状态
	};
public:
	CLightHouse() {
		m_hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, TRUE, NULL);
	}
	~CLightHouse() {
		if (m_hEvent != NULL) {
			CloseHandle(m_hEvent);
			m_hEvent = NULL;
		}
	}

public:
	//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
	// UI交互中调用以下接口
	void SignalMustPause() {
		LONG nValue = eFlagMustPause;
		InterlockedExchange(&mFlag, nValue);
		::ResetEvent(m_hEvent);
	}
	void SignalMustStop() {
		LONG nValue = eFlagMustStop;
		InterlockedExchange(&mFlag, nValue);
		::SetEvent(m_hEvent);	// 如果是在暂停设置的永久等待中,可以立即返回。
		::ResetEvent(m_hEvent);
	}
	void SignalMustContinueEveythingIsOk() {
		LONG nValue = eFlagMustContinueEveythingIsOk;
		InterlockedExchange(&mFlag, nValue);
		::SetEvent(m_hEvent);
	}

	void SignalBusy() {
		LONG nValue = eFlagBusy;
		InterlockedExchange(&mFlag, nValue);
		::SetEvent(m_hEvent);
	}

	// 通知其他自定义命令
	void SignalCustomCommandFlag(LONG CommandFlag) {
		InterlockedExchange(&mFlag, CommandFlag);
		::ResetEvent(m_hEvent);
	}

public:
	//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
	// 循环线程调用以下接口
	bool IsDangerThere() {
		// 灯塔灭了意味着危险
		const DWORD dwLightHouseIsOn = WAIT_OBJECT_0;
		return (::WaitForSingleObject(m_hEvent, 0) != dwLightHouseIsOn);
	}

	bool IsMustPause() {
		LONG nValue = InterlockedExchangeAdd(&mFlag, 0);
		return (nValue == eFlagMustPause);
	}

	// 一直等待,知道新的信号通知
	void PauseWaitForSignal() {
		::WaitForSingleObject(m_hEvent, INFINITE);
	}

	bool IsMustStop() {
		LONG nValue = InterlockedExchangeAdd(&mFlag, 0);
		return (nValue == eFlagMustStop);
	}

	bool IsMustContinue() {
		LONG nValue = InterlockedExchangeAdd(&mFlag, 0);
		return (nValue == eFlagMustContinueEveythingIsOk);
	}

	bool IsBusy() {
		LONG nValue = InterlockedExchangeAdd(&mFlag, 0);
		return (nValue == eFlagBusy);
	}

	LONG GetCustomCommandFlag() {
		return InterlockedExchangeAdd(&mFlag, 0);
	}

private:
	HANDLE m_hEvent = NULL;
	LONG mFlag = eFlagMustContinueEveythingIsOk;
};
  • 在UI交互中(例如用户点击退出按钮,或点击了暂定按钮、停止按钮等),可以调用SignalMustStopSignalMustPause
  • 在需要继续地方调用SignalMustContinueEveythingIsOk
  • 如果需要在线程工作中需要通知做一下特殊工作,可以调用下SignalCustomCommandFlag(类比一下航海中可能会通知其他信号或命令信息)。

在线程中需要做什么呢?可以调用下如下代码:

// 在循环线程中检测是否需要:暂停、停止、继续等
if (mLightHouse.IsDangerThere()) {
	if (mLightHouse.IsMustPause()) {		// 需要暂停吗?
		mLightHouse.PauseWaitForSignal();
		if (mLightHouse.IsMustStop()) {		// 在暂停的时候可能下发了停止命令
			break;
		}
	} else if (mLightHouse.IsMustStop()) {	// 需要停止吗?
		break;
	}

	LONG nCommandFlag = mLightHouse.GetCustomCommandFlag();
	if ( nCommandFlag==XXX ) {
		// do something
	}
}

做到这样,在一个需要循环的线程中可以很快的响应:暂停、继续、停止。

延伸

有一个场景,上面的方法是无法实现快速响应线程退出的,那就是:在线程中需要做一个比较耗时的处理,当用户点击停止按钮时可能线程已经进入耗时函数工作了,需要处理完才能做mLightHouse.IsDangerThere()的判断,所以仍然不能快速退出,怎么办呢?

只需稍加改进一下:

  • 再额外开辟一个线程专门用来干活,叫做:干活线程
  • 原来的线程制作调度管理用,叫做:调度线程
  • 当有通知暂停时,在调用mLightHouse.PauseWaitForSignal()陷入无限等待之前,需要挂起干活线程
  • 当有通知停止时,如果干活线程没有结束可以直接TerminateThread掉。
  • 当有通知继续时,无限的等待返回,唤醒干活线程即可。

总结

如果陷入代码的复杂逻辑无法好好设计编码时,不妨跳出代码的思维世界,类比一个场景来去思考,可以把复杂度下降许多,等把思绪理清楚了,再把该设计搬到代码世界中即可。


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