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c++如何使用C++20的std::stop_token_c++优雅地停止线程

日期:2025-12-24 00:00 / 作者:穿越時空
C++20通过std::stop_token、std::stop_source和std::jthread实现线程协作中断,1. std::stop_source发出停止请求,关联的std::stop_token可检测停止信号或注册std::stop_callback回调;2. 线程函数接收std::stop_token并循环检查stop_requested()以安全退出;3. std::jthread自动管理线程生命周期,构造时隐式传递stop_token,析构时调用request_stop()并join;4. 可注册std::stop_callback在收到停止请求时执行资源清理;5. 结合std::condition_variable_any与带stop_token的等待,支持响应中断的条件等待。该机制类型安全、组合性强,优于传统标志位方式。

C++20 引入了 std::stop_tokenstd::stop_sourcestd::stop_callback,用于实现线程的协作式中断(cooperative cancellation)。这使得我们可以在不强制终止线程的情况下,安全、优雅地通知线程“请停止工作”。相比传统的使用布尔标志或互斥锁的方式,C++20 的机制更清晰、类型安全且易于组合。

1. 基本组件介绍

std::stop_source:用于发出停止请求。调用其 request_stop() 方法后,所有关联的 stop_token 都会感知到停止信号。

std::stop_token:绑定到某个 stop_source,可用来查询是否收到停止请求(通过 stop_requested())或注册回调(stop_callback)。

std::stop_callback:当收到停止请求时自动执行的回调函数,适合用于清理资源。

2. 如何在工作线程中使用 stop_token

最常见的用法是将 std::stop_token 传递给线程函数,然后在线程循环中定期检查是否应退出。

#include 
#include 
#include 
#include 

void worker(std::stop_token stoken) {
    while (!stoken.stop_requested()) {
        std::cout << "Working...\n";
        
        // 模拟短时间工作
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            if (stoken.stop_requested()) break;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        }
    }
    std::cout << "Worker stopped gracefully.\n";
}

int main() {
    std::jthread jt(worker);  // jthread 自动管理生命周期,并支持 stop_token

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    std::cout << "Requesting stop...\n";

    // jthread 提供 request_stop() 方法
    jt.request_stop();

    // jthread 析构时自动 join,无需手动调用
    return 0;
}

3. 使用 std::jthread 实现自动管理

std::jthread 是 C++20 新增的“joining thread”,它在析构时会自动调用 request_stop() 并等待线程结束,避免资源泄漏或死锁。

jthread 构造函数会自动将它的 stop_source 传给线程函数的第一个参数(如果是 std::stop_token 类型)。

这意味着你不需要手动传递 token —— 编译器帮你完成。

4. 注册停止回调(stop_callback)

如果你希望在线程收到停止请求时自动执行某些清理操作,可以使用 std::stop_callback

void worker_with_cleanup(std::stop_token stoken) {
    std::stop_callback cleanup(stoken, [] {
        std::cout << "Cleanup: releasing resources...\n";
    });

    while (!stoken.stop_requested()) {
        std::cout << "Processing data...\n";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
    }
}

一旦外部调用 request_stop(),回调就会被触发,即使线程尚未完全退出。

5. 主动等待与超时处理

有时你需要在循环中等待事件,但仍要响应取消请求。可以结合 stop_token 与条件变量或其他同步机制。

例如,使用 std::condition_variable_any 支持带 stop_token 的等待:

std::mutex mtx;
std::condition_variable_any cv;
bool data_ready = false;

void waiting_worker(std::stop_token stoken) {
    while (!stoken.stop_requested()) {
        std::unique_lock lock(mtx);
        // 等待数据或停止请求
        if (cv.wait(lock, stoken, []{ return data_ready; })) {
            std::cout << "Data processed.\n";
            data_ready = false;
        } else {
            // 被 stop 中断
            std::cout << "Wait interrupted by stop request.\n";
            break;
        }
    }
}
基本上就这些。使用 std::stop_token + std::jthread 是现代 C++ 中停止线程最推荐的方式:代码清晰、异常安全、无需裸指针或全局变量。