C11线程管理：异步操作

Posted 2020-10-16 渔舟唱晚

 1、异步操作

　　C++11提供了异步操作相关的类，std::future、std::promise和std::package_task。std::future作为异步结果的传输通道，方便的获取线程函数的返回值；std::promise用来包装一个值，将数据和future绑定起来，方便线程赋值；std::pack_age用来包装一个可调用对象，将函数和future绑定起来，以便异步调用。

1.1 std::future

　　c11中的线程使我们创建和使用线程非常方便，但是当我们想要得到线程函数的执行结果是比较麻烦的，不能直接通过thread.join()来得到结果，需要定义一个变量，在线程里面进行赋值，然后执行join来得到结果。

　　所以，thread库提供了future来访问异步操作的结果，因为是等待线程执行完，在未来获取，所以被成为future，future提供了获取异步操作结果的通道，可以通过同步等待来获取操作结果，并可以查询future的状态来获取异步操作的结果。

　　future的状态：

　　Deferred,异步操作还未开始；
　　Ready，异步操作已经完成；
　　Timeout，异步操作超时。

 //查询状态
 std::future_status status;
 do
 {
    status = future.wait_for(std::chrono::seconds(1));
    if(status == std::future_status::deferred)
    {
        //do sommething when deferred
    }
    else if(status == std::future_status::ready)
    {
        //do sommething when ready
    }
    else
    {
        //do sommething when timeout
    }
 }while(status != std::future_status::ready)

　　 获取future有三种方式：get,wait,wait_for,其中get等待异步操作结束并返回结果，wait只是等待异步操作完成，没有返回值；wait_for是超时等待返回结果。

 1.2 std::promise

　　std::promise可以协助线程赋值，将数据与future绑定起来，为获取线程中某个值提供便利，在线程函数外面传进来的promise赋值，线程函数执行完成之后，通过promise绑定的future来获取该值。取值是间接通过promise内部提供的future来获取的。

     std::promise<int> pr;
    std::thread t([](std::promise<int> & p){ p.set_value_at_thread_exit(9); }, std::ref(pr));

    std::future<int> f = pr.get_future();
    int i = f.get();
    //执行后 i = 9

 1.3 std::package_task

 　　std::package_task包装一个可调用对象的包装类（如function,lambda expression,bind expression,和其它的函数对象），将函数和future绑定起来，以便异步调用，它和promise的区别是，promise绑定的是一个变量，而package_task则是绑定的一个函数。

    std::packaged_task<int()> task([](){ return 5; });
    std::thread t1(std::ref(task));

    std::future<int> f1 = task.get_future();
    int i = f1.get();
    //执行后 i = 5

 1.4 三者关系

　　future提供一个访问线程异步操作结果的机制，它和线程是一个级别的，属于最底层。package_task和promise则是内部都有future，promise是包装一个值，而package_task是包装一个操作对象，具体使用哪个要根据实际情况来做区分。

　　需要注意的是，future是不可拷贝的，只能移动，shared_future可以拷贝，如果需要放到容器或者其他地方，则需要用到shared_future。

 2、线程异步操作std::async

　　std::async比std::promise、std::package_task和std::thread更上层，它可以用来直接创建异步的task，异步任务返回的结果保存在future中，当需要获取线程执行的结果，可以通过future.get()来获取，如果不关注异步任务的结果，只是简单的等待任务执行完成，则调用future.wait()即可。

　　std::async是更高层次的异步操作，使我们不关心线程创建的内部细节，就能方便的获取线程异步执行的结果，还可以指定线程创建策略，更多的时候应该使用 std::async来创建线程，成为异步操作的首选。

　　std::async原型为std::async(std::launch::async | std::launch::deferred,f,args...),第一个参数为线程的创建策略，第二个为线程函数，其他的为线程函数的参数。

　　关于创建策略有两种：

　　std::launch::async：在调用async就开始创建线程；
　　std::launch::deferred：延迟加载的方式创建线程，调用async的时候不创建线程，直到调用了future的get或者wait方法来创建线程。

#include <thread>    
#include <iostream>   
#include <mutex>  
#include <future>

int main()
{
    std::future<int> f1 = std::async(std::launch::async, [](){ return 8; });
    std::cout << f1.get() << std::endl; //output 8

    std::future<void> f2 = std::async(std::launch::async, [](){ std::cout << 8 << std::endl; });
    f2.wait(); //output 8

    std::future<int> f3 = std::async(std::launch::async, []()
    { 
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
        return 8;
    });

    std::cout << "Wating..." << std::endl;
    std::future_status status;
    do
    {
        status = f3.wait_for(std::chrono::seconds(1));
        if (status == std::future_status::deferred)
        {
            std::cout << "deferred." << std::endl;
        }
        else if (status == std::future_status::timeout)
        {
            std::cout << "timeout." << std::endl;
        }
        else
        {
            std::cout << "ready." << std::endl;
        }
    } while (status != std::future_status::ready);
    std::cout << "result:" << f3.get() << std::endl;

    return 0;
}
//执行结果：
8
8
Wating...
timeout.
timeout.
ready.
result:8