【Windows8开发】异步编程进阶篇之 谈task如何避免线程取消引发的系列问题

时间：2023-01-10 19:01:22
曾经在《【Windows8开发】异步编程进阶篇之 对thread说不，用task》 一文中说明过在Metro程序中推荐使用WinRT的task，而避免使用传统的线程API，理由之一就是当使用传统线程调用方式，在人为（通过代码）去终止一个线程时经常会引发一些意料之外的异常情况，导致程序异常或崩溃，让我们回忆一下任务(thread)取消引发的系列问题：
1. 强制终止一个线程时，该线程占用资源未释放，导致异常
2. 强制终止A线程，并通过消息传递希望连带终止所有与A相关后续线程时，没有达成目的（遗漏若干），导致异常
3. 线程组间逻辑关系复杂，终止任一线程时都要引发其他线程处理，绞尽脑汁仍旧除了纰漏，Bug不断
4. 通常需要框架层提供封装良好的线程（组）取消机制，当设计人员能力不足，设计不严密时，Bug会在上层遍地开花。
5. .....

基于任务(thread)取消引发的这一系列问题，让我们看看WinRT提供的task可以带来哪些改善。先看个例子： 
cancellation_token_source cts;
auto token = cts.get_token();
auto t = create_task([]
{
       bool isCanceled = false;
       while (isCanceled == false)
       {
              if (is_task_cancellation_requested())
              {
                     cancel_current_task();
              }
       }
}, token);
wait(1000);
cts.cancel();
// Wait for the task to cancel.
t.wait();
(注：wait(1000)是为了保证在被取消前task能被正常创建，否则在调用cancel时该task还未正常初始化执行。如果在Metro程序中，以上代码由于存在1s的延时，不能直接运行在UI线程中，否则会阻塞UI线程导致异常，请包在create_task中来执行)

初看处理逻辑其实跟传统很多线程库的封装有点类似。简单解释一下，创建一个cancellation_token_source类型的用于取消任务的标记，获得该标记的token传递给create_task创建的task，当调用cancellation_token_source的cancel方法后，任务可以通过is_task_cancellation_requested和cancel_current_task来判断和终止一个task。把代码继续完善一下： 
cancellation_token_source cts;
auto token = cts.get_token();
auto t = create_task([]
{
       bool isCanceled = false;
       while (isCanceled == false)
       {
              if (is_task_cancellation_requested())
              {
                     cancel_current_task();
              }
       }
}, token).then([](task<void> t){
       try {
              t.get();
       } catch (task_canceled& tt) {
              // handle the task cancel
       }
});
wait(1000);
cts.cancel();
// Wait for the task to cancel.
t.wait();

由于在task中调用cancel_current_task，会抛出task_canceled异常，在then中task-based类型任务的延续处理中，通过task的get方法可以捕获该异常。关于task-based与value-based任务的区别，以及task异常处理请参考如下文章：

从上面的示例可以看出，结合task-based和value-based以及task的get方法，可以很方便的控制一个序列任务的执行，比如A，B两个task，A执行完希望执行B，如果希望A任务被取消时B任务也不执行，则可以把B的处理设置为value-based，相反则使用task-based，如果希望在task被取消时获得通知，则可以如上通过get方法来捕获cancel异常来进行处理，而WinRT还提供另一种通过concurrency::cancellation_token::register_callback注册回调的方式来响应task的取消操作： 
cancellation_token_source cts;
auto token = cts.get_token();
cancellation_token_registration cookie;
cookie = token.register_callback([token, &cookie]()
{
     token.deregister_callback(cookie);
     // do something in callback
});
auto t = create_task([]
{
       while(true) {
              if (is_task_cancellation_requested())
                     cancel_current_task();
       }
}, token);

wait(1000);
cts.cancel();
t.wait();

通过register_callback把回调方法注册给token，然后把该token传递给task，当task被取消时会触发此回调。
以上示例中都是在起始task中调用is_task_cancellation_requested来判断task是否被取消，那在后续的一系列then的延长task中呢？看如下两段代码：
第一段： 
cancellation_token_source cts;
auto token = cts.get_token();
auto t = create_task([]
{
       // do something here
}, token).then([](){
       while(true) {
              if (is_task_cancellation_requested())
                     cancel_current_task();
       }
});
wait(1000);
cts.cancel();
t.wait();
第二段： 
cancellation_token_source cts;
auto token = cts.get_token();
auto t = create_task([]
{
       // do something here
}, token).then([](task<void> t){
       while(true) {
              if (is_task_cancellation_requested())
                     cancel_current_task();
       }
});
wait(1000);
cts.cancel();
t.wait();

执行后会发现，第一段能正常工作，而第二段task不会终止，cancel的token在第二段中无效，为什么呢？
这里涉及一个概念，当后续task为value-based时，它会继续沿用起始任务中的token，当为task-based时，则不会，只能显式的把token传递给task-based型延续任务，处理代码如下： 
cancellation_token_source cts;
auto token = cts.get_token();
auto t = create_task([]
{
       // do something here
}, token).then([token](task<void> t){
       while(true) {
               if (token.is_canceled())
                    cancel_current_task();
       }
});
wait(1000);
cts.cancel();
t.wait();
顺便再说明一个概念，当使用create_async创建task时，task的取消方法略有不同，create_async返回IAsyncAction等类型，可以直接调用其Cancel方法来终止task，而不需要显示的去创建cancellation_token_source。 
IAsyncAction^ op = create_async([](cancellation_token token)
{
       return create_task([token]{
              while(1) {
                     if (token.is_canceled())
                           cancel_current_task();
              }
       });
});
op->Cancel();

但是需要注意的是当在create_async中又通过create_task创建了内部task后，如果希望在调用Cancel函数时能触发内部task也终止，则需要显式的传递cancellation_token给内部task，代码如下： 
IAsyncAction^ op = create_async([](cancellation_token token)
{
       return create_task([token]{
              while(1) {
                     if (token.is_canceled())
                           cancel_current_task();
              }
       });
});
op->Cancel();
最后，再简单看下task group中如何取消任务，处理很简单，只show代码，不解释了。 
structured_task_group tg;
auto t1 = make_task([&] {
     tg.cancel();
});
auto t2 = make_task([&] {
     while(true) {
          if (tg.is_canceling()) {
          	break;
    	  }
     }
});
tg.run(t1);
tg.run(t2);
tg.wait();
task group相关细节请参考 《 【Windows8开发】异步编程进阶篇之 task group的几种方式及其间的区别 》。
总结一下，如果你理解了task异常控制以及task cancellation常用的API，你肯定能体会到通过WinRT的task来终止线程时的安全与便捷，只要把以上提到的一些关键概念搞清楚，相信开头所述的那些问题应该都能控制和避免。

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