文章目錄

• • 1. 線(xiàn)程異步的概念
  • 2. future
  • • 2.1 共享狀態(tài)
    • 2.2 常用成員函數(shù)
  • 3. promise
  • • 3.1 常用成員函數(shù)
    • 3.2 promise的基本使用
  • 4. package_task
  • • 4.1 常用成員函數(shù)
    • 4.2 package_task的基本使用
  • 5. async
  • • 5.1 async的基本使用
  • 6. promise、package_task、async的對(duì)比與總結(jié)

創(chuàng)新互聯(lián)為企業(yè)級(jí)客戶(hù)提高一站式互聯(lián)網(wǎng)+設(shè)計(jì)服務(wù)，主要包括成都網(wǎng)站建設(shè)、做網(wǎng)站、手機(jī)APP定制開(kāi)發(fā)、微信小程序開(kāi)發(fā)、宣傳片制作、LOGO設(shè)計(jì)等，幫助客戶(hù)快速提升營(yíng)銷(xiāo)能力和企業(yè)形象，創(chuàng)新互聯(lián)各部門(mén)都有經(jīng)驗(yàn)豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以確保每一個(gè)作品的質(zhì)量和創(chuàng)作周期，同時(shí)每年都有很多新員工加入，為我們帶來(lái)大量新的創(chuàng)意。 1. 線(xiàn)程異步的概念

問(wèn)題1: 如何理解線(xiàn)程異步?

?異步的反義詞是同步。異步與同步的區(qū)別見(jiàn)此處: [[Linux/計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)/高級(jí)IO#同步通信 vs 異步通信]]。實(shí)際上在多線(xiàn)程下，大部分時(shí)候都是存在過(guò)異步這一狀態(tài)的。主線(xiàn)程在創(chuàng)建了子線(xiàn)程后，也去干自己的任務(wù)了。

問(wèn)題2: 線(xiàn)程異步的應(yīng)用場(chǎng)景?

1. 主線(xiàn)程想要得到某一子線(xiàn)程運(yùn)行的任務(wù)函數(shù)的運(yùn)行結(jié)果。這里的結(jié)果可以使用future對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)。(future是個(gè)模板類(lèi), 能存儲(chǔ)任意類(lèi)型, 包括void)//子—>主
2. 主線(xiàn)程想要通知子線(xiàn)程, 依靠future值和狀態(tài) 來(lái)達(dá)成某一目的(讓子線(xiàn)程結(jié)束/滿(mǎn)足條件/…), 此時(shí)主線(xiàn)程在外面設(shè)置future對(duì)象的共享狀態(tài)及future值。子線(xiàn)程那邊可以根據(jù)future對(duì)象的狀態(tài)和值進(jìn)行一些邏輯判斷然后到達(dá)想要的結(jié)果。//主—>子
   

?

2. future

//包含于頭文件
templatefuture;
templatefuture;     // specialization : T is a reference type (R&)
template<> future;   // specialization : T is void
//---------------------------------------------------
//構(gòu)造函數(shù)
future() noexcept;					//(1) default
future (const future&) = delete;	//(2) copy [deleted]
future (future&& x) noexcept;		//(3) move

//賦值
future& operator=(future&& other) noexcept;
future& operator=(const future& other) = delete;

?
?future對(duì)象是用于存儲(chǔ)某一類(lèi)型的值的，只不過(guò)這個(gè)值往往是在未來(lái)才能獲取到。 它被用來(lái)作為線(xiàn)程異步的中間存儲(chǔ)值。future的值由以下三個(gè)異步任務(wù)的提供者(Provider)提供:

1. std::promise
2. std::package_task
3. std::async

?我們根據(jù)future的構(gòu)造函數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，future不支持拷貝構(gòu)造。future的operator=()會(huì)去調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造。

?

2.1 共享狀態(tài)

?future在線(xiàn)程異步當(dāng)中扮演的是一個(gè)被動(dòng)角色。它需要與promise、package_task、async配合來(lái)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程異步。由于它必須要進(jìn)行共享關(guān)聯(lián)，因此future對(duì)象時(shí)存在共享狀態(tài)是否有效的問(wèn)題的。只有共享狀態(tài)有效，才能獲取future的值。

?future對(duì)象是有"共享狀態(tài)"這一概念的。共享狀態(tài)必須依靠上面提到的三者對(duì)應(yīng)的方法:promise::get_future()、package_task::get_future()、async()獲取。否則單純的創(chuàng)建一個(gè)future對(duì)象, 它的共享狀態(tài)是無(wú)效的!

共享狀態(tài)	解釋
future_status::deferred	子線(xiàn)程中的任務(wù)函仍未啟動(dòng)
future_status::timeout	子線(xiàn)程中的任務(wù)正在執(zhí)行中，指定等待時(shí)長(zhǎng)已用完
future_status::ready	子線(xiàn)程中的任務(wù)已經(jīng)執(zhí)行完畢，結(jié)果已就緒

?實(shí)際上，為了方便我們理解，還應(yīng)該加一個(gè)狀態(tài): 無(wú)效狀態(tài)(invalid)。這個(gè)狀態(tài)存在于:
①future對(duì)象沒(méi)有接收任何提供者的共享關(guān)聯(lián);
②future對(duì)象ready完畢后，被調(diào)用者通過(guò)get()獲取過(guò)了。

?

2.2 常用成員函數(shù)

成員函數(shù)	功能
valid()	判斷共享狀態(tài)是否有效
wait()	等待共享狀態(tài)ready
wait_for()	等待一段時(shí)間
wait_until()	等待到某個(gè)時(shí)間點(diǎn)
get()	獲取future的值

注意:

• 在調(diào)用get()時(shí)，如果future的共享狀態(tài)不是ready, 則調(diào)用者會(huì)被阻塞。
• get()只能被調(diào)用一次，第二次會(huì)拋出異常。(因?yàn)榈谝淮瓮瓿珊?，future的狀態(tài)就是無(wú)效的了)
• 調(diào)用wait()方法會(huì)阻塞式等待共享狀態(tài)為ready。
• wait_for()和wait_until()無(wú)法保證等待結(jié)束后的future對(duì)象的狀態(tài)一定是ready! (所以它們不太常用, 因?yàn)檎{(diào)用完畢后還需要使用valid()判斷共享狀態(tài))
• wait_for()和wait_until()的返回值是std::future_status。因此我們可以通過(guò)接收它們的返回值來(lái)循環(huán)判斷future對(duì)象是否ready。

?

3. promise

//包含于頭文件
templatepromise;
templatepromise;  // specialization : T is a reference type (R&)
template<> promise;// specialization : T is void

//構(gòu)造函數(shù)
promise();								//(1)
promise(promise&& other) noexcept;		//(2) 移動(dòng)構(gòu)造
promise(const promise& other) = delete;	//(3) 禁止拷貝構(gòu)造

//賦值
promise& operator= (promise&& rhs) noexcept; //允許移動(dòng)賦值
promise& operator= (const promise&) = delete;//禁止拷貝賦值

?promise是一個(gè)協(xié)助線(xiàn)程賦值的類(lèi)，在promise類(lèi)的內(nèi)部管理著一個(gè)future對(duì)象。因此它能夠提供一些將數(shù)據(jù)和future對(duì)象綁定起來(lái)的接口。

?

3.1 常用成員函數(shù)

成員函數(shù)	功能
get_future()	獲取future對(duì)象
set_value()	設(shè)置future對(duì)象的值(立刻)
set_value_at_thread_exit()	在線(xiàn)程結(jié)束時(shí)，才會(huì)設(shè)置future對(duì)象的值,

?
? get_future()

?get_future()會(huì)返回一個(gè)future對(duì)象, 此時(shí)如果去接收它的返回值則會(huì)觸發(fā)移動(dòng)賦值, 將資源轉(zhuǎn)移。

? set_value()

?設(shè)置future對(duì)象的值，并立即設(shè)置future對(duì)象的共享狀態(tài)為ready。

? set_value_at_thread_exit()

?設(shè)置future對(duì)象的值，但是不會(huì)立刻讓future對(duì)象的共享狀態(tài)為ready。在子線(xiàn)程退出時(shí)，子線(xiàn)程資源被銷(xiāo)毀，再令共享狀態(tài)為ready。

?

3.2 promise的基本使用

①: 子線(xiàn)程set_value—>給主線(xiàn)程

1. 在主線(xiàn)程中創(chuàng)建promise對(duì)象
2. 將這個(gè)promise對(duì)象通過(guò)引用傳遞的方式傳給子線(xiàn)程的任務(wù)函數(shù)(ref)
3. 子線(xiàn)程在合適的時(shí)候調(diào)用set_value()方法, 設(shè)置future對(duì)象的值以及狀態(tài)(ready)
4. 主線(xiàn)程通過(guò)調(diào)用promise對(duì)象中的get_future()方法獲取到future對(duì)象 (這里是移動(dòng)構(gòu)造了)
5. 主線(xiàn)程調(diào)用future對(duì)象中的get()方法獲取到子線(xiàn)程set_value()所設(shè)置的值。
   ?

void func(promise& pr)
{cout<< "Child Thread Working~~~"<< endl;
    cout<< "Child Thread: Waiting 3 seconds!"<< endl;
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
    
    pr.set_value(3);
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
    cout<< "Child Exit"<< endl;
}

int main()
{promisepr;
    thread t(func, ref(pr));
    auto f = pr.get_future();
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
    cout<< "Get Future: "<< f.get()<< endl;
    t.join();
    return 0;
}

注意:

?根據(jù)現(xiàn)象, 我們可以發(fā)現(xiàn)主線(xiàn)程在調(diào)用f.get()時(shí)阻塞了一會(huì)。此時(shí)說(shuō)明子線(xiàn)程還沒(méi)有執(zhí)行到set_value(), 此時(shí)的future對(duì)象中的共享狀態(tài)不是ready, 因此主線(xiàn)程會(huì)被阻塞。

---

②: 主線(xiàn)程set_value–>給子線(xiàn)程

1. 在主線(xiàn)程中創(chuàng)建promise對(duì)象
2. 將這個(gè)promise對(duì)象通過(guò)引用傳遞的方式傳給子線(xiàn)程的任務(wù)函數(shù)(ref)
3. 主線(xiàn)程在合適的時(shí)候調(diào)用set_value()方法, 設(shè)置future對(duì)象的值以及狀態(tài)(ready)
4. 在編碼子線(xiàn)程時(shí)，設(shè)置依future對(duì)象的值的判斷條件，當(dāng)future的共享狀態(tài)或者值滿(mǎn)足條件時(shí)，執(zhí)行某一任務(wù)(或終止)

void func2(promise& pr)
{int i = 0;
    auto val = pr.get_future().get();
    if(val == 1){cout<< "Get Value: "<< val<< endl;
        //do something
    }
    else{cout<< "Get Value: "<< val<< endl;
        //do something
    }
}

int main()
{promisepr;
    thread t(func2, ref(pr));
    cout<< "Main Thread: Waiting 3 seconds!"<< endl;
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
    pr.set_value(1);
    t.join();
}

輸出:

Main Thread: Waiting 3 seconds!
Get Value: 1

?

?

4. package_task

//包含于頭文件
templatepackaged_task;     // undefined
templateclass packaged_task;

//構(gòu)造函數(shù)
packaged_task() noexcept;						//default (1)
templateexplicit packaged_task (Fn&& fn);				//initialization (2)
packaged_task (const packaged_task&) = delete;	//copy [deleted] (3)
packaged_task (packaged_task&& x) noexcept;		//move (4)

//賦值
packaged_task& operator=(packaged_task&& rhs) noexcept; //move (1)
packaged_task& operator=(const packaged_task&) = delete;//copy [deleted] (2)

?package_task包裝了一個(gè)函數(shù)對(duì)象(類(lèi)似于function), 我們可以把它當(dāng)做函數(shù)對(duì)象來(lái)使用。package_task可以將內(nèi)部包裝的函數(shù)和future綁定到一起，以便于進(jìn)行后續(xù)的異步調(diào)用。因此我們可以將其理解為它自帶了一個(gè)函數(shù)，并且該函數(shù)和future對(duì)象綁定到了一起，我們不需要額外定義函數(shù)方法了，直接實(shí)現(xiàn)package_task中的函數(shù)對(duì)象即可。

?但package_task相比于promise有個(gè)缺點(diǎn)，它里面包裝了函數(shù)，而該函數(shù)的返回值就是future對(duì)象的值。它無(wú)法像使用promise那樣靈活。

?

4.1 常用成員函數(shù)

?package_task中最常用的就是get_future()方法了。它能夠獲取到package_task中的future對(duì)象。

?

4.2 package_task的基本使用

?將package_task作為線(xiàn)程的啟動(dòng)函數(shù)傳過(guò)去，傳參方式必須是引用傳遞 ref()。

int main()
{packaged_taskpt_Add([](int x, int y)
    {cout<< "Running~~~~~~~~~~"<< endl;
        this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
        return x + y;
    });

    futurefi = pt_Add.get_future();

    cout<< "Start Thread!"<< endl;
    thread t(ref(pt_Add), 10, 20);

    cout<< "before get"<< endl;
    int val = fi.get();
    cout<< "val: "<< val<< endl;
    t.join();
    return 0;
}

輸出:

Start Thread!
before get
Running~~~~~~~~~~
val: 30

?

?

5. async

//構(gòu)造函數(shù)
// (1)
templatefuture::type>async (Fn&& fn, Args&&... args);

// (2)
templatefuture::type>async (launch policy, Fn&& fn, Args&&... args);	//policy是啟動(dòng)策略

?async是一個(gè)函數(shù)，它相比于前面的promise和package_task要高級(jí)一些。async可以直接啟動(dòng)一個(gè)子線(xiàn)程，然后讓這個(gè)子線(xiàn)程執(zhí)行對(duì)應(yīng)的任務(wù)函數(shù)，任務(wù)函數(shù)的返回值就會(huì)被存儲(chǔ)到future對(duì)象當(dāng)中，future對(duì)象也就是async函數(shù)的返回值。主線(xiàn)程只需要接收asnyc的返回值，然后調(diào)用get()方法即可獲取到future對(duì)象中保存的值。

注: 更高級(jí)并不代表更好用，只是它的集成度更高一些，省去了我們要自己創(chuàng)建線(xiàn)程的步驟。async仍然有package_task的缺點(diǎn)，它無(wú)法像promise那樣自由控制future在何時(shí)賦值。

?

? launch policy啟動(dòng)策略

策略	解釋
std::launch::async	調(diào)用async函數(shù)時(shí)會(huì)創(chuàng)建新的線(xiàn)程，讓該線(xiàn)程執(zhí)行任務(wù)函數(shù)
std::launch::deferred	調(diào)用async函數(shù)時(shí)不會(huì)創(chuàng)建新的線(xiàn)程，也不會(huì)去執(zhí)行該任務(wù)函數(shù)。只有調(diào)用了async返回的future的get()方法或者wait()方法時(shí)才會(huì)去執(zhí)行任務(wù)。(執(zhí)行該任務(wù)的是主線(xiàn)程)

?

5.1 async的基本使用

? 使用默認(rèn)的啟動(dòng)策略 — 調(diào)用async創(chuàng)建子線(xiàn)程, 并讓該線(xiàn)程去執(zhí)行任務(wù)

int main()
{futuref = async([](int x, int y)
   {   cout<< "Child Thread: Waiting 3 seconds!"<< endl;
       this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
       return x + y;
   }, 10, 20);

   this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
   cout<< "Get Value: "<< f.get()<< endl;
   return 0;
}

輸出:

Child Thread: Waiting 3 seconds!
Get Value: 30

---

? 使用deferred啟動(dòng)策略 — 調(diào)用async不創(chuàng)建子線(xiàn)程

int main()
{futuref = async(launch::deferred, [](int x, int y)
    {cout<< "Child Thread "<< this_thread::get_id()<< ": Waiting 3 seconds!"<< endl;
        this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
        return x + y;
    }, 10, 20);

    cout<< "Main Thread "<< this_thread::get_id()<<": Working!!!"<< endl;
    auto val = f.get();
    cout<< "Get Value: "<< val<< endl;
	return 0;
}

輸出:

Main Thread 1: Working!!!
Child Thread 1: Waiting 3 seconds!
Get Value: 30

?我們可以發(fā)現(xiàn)使用deferred策略時(shí)，是不會(huì)創(chuàng)建新的線(xiàn)程的。也就是說(shuō)async的任務(wù)函數(shù)依然是由主線(xiàn)程自己去執(zhí)行的，只不過(guò)執(zhí)行的時(shí)機(jī)可以控制 (在調(diào)用get()方法時(shí)會(huì)去執(zhí)行)，這個(gè)機(jī)制類(lèi)似于回調(diào)函數(shù)，你主動(dòng)去調(diào)用get()才會(huì)去回調(diào)執(zhí)行async的任務(wù)。

?

?

6. promise、package_task、async的對(duì)比與總結(jié)

1. promise類(lèi)的使用相對(duì)靈活，但是需要自己創(chuàng)建線(xiàn)程，并且需要自己寫(xiě)一個(gè)函數(shù)對(duì)象。
2. package_task類(lèi)受限于只能使用函數(shù)返回值作為future對(duì)象的值。使用它也需要自己創(chuàng)建線(xiàn)程，但不需要額外寫(xiě)函數(shù)對(duì)象，直接將package_task當(dāng)做函數(shù)對(duì)象去使用即可。
3. async類(lèi)集合度較高，它也受限于只能使用函數(shù)返回值作為future對(duì)象的值。但是async定義時(shí)可以自動(dòng)創(chuàng)建線(xiàn)程，并讓線(xiàn)程執(zhí)行async中的任務(wù)函數(shù)。async的使用最簡(jiǎn)單，但是自由度較低。

?

細(xì)節(jié)總結(jié):

1. 調(diào)用get_future()方法, 并不會(huì)讓線(xiàn)程被阻塞。只要調(diào)用future對(duì)象的get()方法，才可能被阻塞。(future共享狀態(tài)沒(méi)有ready就會(huì)被阻塞, 前提是future共享狀態(tài)有效)
2. 創(chuàng)建線(xiàn)程時(shí)，給線(xiàn)程傳參要注意使用ref()的時(shí)機(jī)。

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分享標(biāo)題：C++11線(xiàn)程異步-創(chuàng)新互聯(lián)
文章來(lái)源：http://www.rwnh.cn/article24/djgoje.html

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