让你的程序更优雅的sleep

来源：互联网发布：stc15f2k单片机下载线编辑：程序博客网时间：2024/06/06 18:15

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sleep的作用无需多说，几乎每种语言都提供了类似的函数，调用起来也很简单。sleep的作用无非是让程序等待若干时间，而为了达到这样的目的，其实有很多种方式，最简单的往往也是最粗暴的，我们就以下面这段代码来举例说明（注：本文提及的程序编译运行环境为Linux）

/* filename: test.cpp */#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>#include <signal.h>class TestServer{public:    TestServer() : run_(true) {};    ~TestServer(){};    void Start()    {        pthread_create(&thread_, NULL, ThreadProc, (void*)this);    }    void Stop()    {        run_ = false;    }    void Wait()    {        pthread_join(thread_, NULL);    }    void Proc()    {        int count = 0;        while (run_)        {            printf("sleep count:%d\n", ++count);            sleep(5);        }    }private:    bool run_;    pthread_t thread_;    static void* ThreadProc(void* arg)    {        TestServer* me = static_cast<TestServer*>(arg);        me->Proc();        return NULL;    }};TestServer g_server;void StopService(){    g_server.Stop();}void StartService(){    g_server.Start();    g_server.Wait();}void SignalHandler(int sig){    switch(sig)    {        case SIGINT:            StopService();        default:            break;    }}int main(int argc, char* argv[]){    signal(SIGINT, SignalHandler);    StartService();    return 0;}

这段代码描述了一个简单的服务程序，为了简化我们省略了服务的处理逻辑，也就是Proc函数的内容，这里我们只是周期性的打印某条语句，为了达到周期性的目的，我们用sleep来实现，每隔5秒钟打印一次。在main函数中我们对SIGINT信号进行了捕捉，当程序在终端启动之后，如果你输入ctr+c，这会向程序发送中断信号，一般来说程序会退出，而这里我们捕捉到了这个信号，会按我们自己的逻辑来处理，也就是调用server的Stop函数。执行编译命令

$ g++ test.cpp -o test -lpthread

然后在终端输入./test运行程序，这时程序每隔5秒会在屏幕上打印一条语句，按下ctl+c，你会发现程序并没有立即退出，而是等待了一会儿才退出，究其原因，当按下ctl+c发出中断信号时，程序捕捉到并执行自己的逻辑，也就是调用了server的Stop函数，运行标记位run_被置为false，Proc函数检测到run_为false则退出循环，程序结束，但有可能（应该说大多数情况都是如此）此时Proc正好执行到sleep那一步，而sleep是将程序挂起，由于我们捕捉到了中断信号，因此它不会退出，而是继续挂起直到时间满足为止。这个sleep显然显得不够优雅，下面介绍两种能快速退出的方式。

自定义sleep

在我们调用系统提供的sleep时我们是无法在函数内部做其它事情的，基于此我们就萌生出一种想法，如果在sleep中能够检测到退出变量，那岂不是就能快速退出了，没错，事情就是这样子的，通过自定义sleep，我们将时间片分割成更小的片段，每隔一个片段检测一次，这样就能将程序的退出延迟时间缩小为这个更小的片段，自定义的sleep如下

void sleep(int seconds, const bool* run){    int count = seconds * 10;    while (*run && count > 0)    {        --count;        usleep(100000);    }}

需要注意的是，这个sleep的第二个参数必须是指针类型的，因为我们需要检测到它的实时值，而不只是使用它传入进来的值，相应的函数调用也得稍作修改，完整的代码如下

/* filename: test2.cpp */#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>#include <signal.h>class TestServer{public:    TestServer() : run_(true) {};    ~TestServer(){};    void Start()    {     pthread_create(&thread_, NULL, ThreadProc, (void*)this);    }    void Stop()    {       run_ = false;    }    void Wait()    {        pthread_join(thread_, NULL);    }    void Proc()    {        int count = 0;        while (run_)        {            printf("sleep count:%d\n", ++count);            sleep(5, &run_);        }    }private:    bool run_;    pthread_t thread_;    void sleep(int seconds, const bool* run)    {        int count = seconds * 10;        while (*run && count > 0)        {            --count;            usleep(100000);        }    }    static void* ThreadProc(void* arg)    {        TestServer* me = static_cast<TestServer*>(arg);        me->Proc();        return NULL;    }};TestServer g_server;void StopService(){   g_server.Stop();}void StartService(){    g_server.Start();   g_server.Wait();}void SignalHandler(int sig){    switch(sig)    {        case SIGINT:            StopService();        default:            break;    }}int main(int argc, char* argv[]){    signal(SIGINT, SignalHandler);    StartService();    return 0;}

编译g++ test2.cpp -o test，运行./test，当程序启动之后按ctl+c，看程序是不是很快就退出了。

其实这种退出并不是立马退出，而是将sleep的等待时间分成了更小的时间片，上例是0.1秒，也就是说在按下ctr+c之后，程序其实还会延时0到0.1秒才会退出，只不过这个时间很短，看上去就像立马退出一样。

用条件变量实现sleep

大致的思想就是，在循环时等待一个条件变量，并设置超时时间，如果在这个时间之内有其它线程触发了条件变量，等待会立即退出，否则会一直等到设置的时间，这样就可以通过对条件变量的控制来实现sleep，并且可以在需要的时候立马退出。

条件变量往往会和互斥锁搭配使用，互斥锁的逻辑很简单，如果一个线程获取了互斥锁，其它线程就无法获取，也就是说如果两个线程同时执行到了pthread_mutex_lock语句，只有一个线程会执行完成，而另一个线程会阻塞，直到有线程调用pthread_mutex_unlock才会继续往下执行。所以我们往往在多线程访问同一内存区域时会用到互斥锁，以防止多个线程同时修改某一块内存区域。本例用到的函数有如下几个，互斥锁相关函数有

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

以上函数功能分别是初始化、加锁、解锁、销毁。条件变量相关函数有

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

以上函数功能分别是初始化、超时等待条件变量、触发条件变量、销毁。这里需要解释一下pthread_cond_timedwait和pthread_cond_signal函数

pthread_cond_timedwait
这个函数调用之后会阻塞，也就是类似sleep的作用，但是它会在两种情况下被唤醒：1、条件变量cond被触发时；2、系统时间到达abstime时，注意这里是绝对时间，不是相对时间。它比sleep的高明之处就在第一点。另外它还有一个参数是mutex，当执行这个函数时，它的效果等同于在函数入口处先对mutex加锁，在出口处再对mutex解锁，当有多线程调用这个函数时，可以按这种方式去理解

pthread_cond_signal
它只有一个参数cond，作用很简单，就是触发等待cond的线程，注意，它一次只会触发一个，如果要触发所有等待cond的县城，需要用到pthread_cond_broadcast函数，参数和用法都是一样的

有了以上背景知识，就可以更加优雅的实现sleep，主要关注Proc函数和Stop函数，完整的代码如下

/* filename: test3.cpp */#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>#include <signal.h>#include <sys/time.h>class TestServer{public:    TestServer() : run_(true)     {        pthread_mutex_init(&mutex_, NULL);        pthread_cond_init(&cond_, NULL);    };    ~TestServer()    {        pthread_mutex_destroy(&mutex_);        pthread_cond_destroy(&cond_);    };    void Start()    {        pthread_create(&thread_, NULL, ThreadProc, (void*)this);    }    void Stop()    {        run_ = false;        pthread_mutex_lock(&mutex_);        pthread_cond_signal(&cond_);        pthread_mutex_unlock(&mutex_);   }    void Wait()    {        pthread_join(thread_, NULL);    }    void Proc()    {        pthread_mutex_lock(&mutex_);        struct timeval now;        int count = 0;        while (run_)        {            printf("sleep count:%d\n", ++count);            gettimeofday(&now, NULL);            struct timespec outtime;            outtime.tv_sec = now.tv_sec + 5;            outtime.tv_nsec = now.tv_usec * 1000;            pthread_cond_timedwait(&cond_, &mutex_, &outtime);        }        pthread_mutex_unlock(&mutex_);    }private:    bool run_;    pthread_t thread_;    pthread_mutex_t mutex_;    pthread_cond_t cond_;    static void* ThreadProc(void* arg)    {        TestServer* me = static_cast<TestServer*>(arg);        me->Proc();        return NULL;    }};TestServer g_server;void StopService(){    g_server.Stop();}void StartService(){    g_server.Start();    g_server.Wait();}void SignalHandler(int sig){    switch(sig)    {        case SIGINT:            StopService();        default:            break;    }}int main(int argc, char* argv[]){    signal(SIGINT, SignalHandler);    StartService();    return 0;}

和test2.cpp一样，编译之后运行，程序每隔5秒在屏幕打印一行输出，输入ctr+c，程序会立马退出

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