C++11中多线程编程-std::async的深入讲解

2023-07-12 22:27:03 267

前言

C++11中提供了异步线程接口std::async，std::async是异步编程的高级封装，相对于直接使用std::thread，std::async的优势在于:

1、std::async会自动创建线程去调用线程函数，相对于低层次的std::thread，使用起来非常方便；

2、std::async返回std::future对象，通过返回的std::future对象我们可以非常方便的获取到线程函数的返回结果；

3、std::async提供了线程的创建策略，可以指定同步或者异步的方式去创建线程；

1、函数原型

C++11中提供如下函数原型：

template
std::future(std::decay_t...)>>
async(Function&&f,Args&&...args);

template
std::future(std::decay_t...)>>
async(std::launchpolicy,Function&&f,Args&&...args);

其中，参数f接收一个可调用对象(仿函数、lambda表达式、类成员函数、普通函数……)，用于异步或是同步执行。

参数policy用于指定同步执行或者异步执行可调用对象，它的可选值有三种：

1）std::launch::async：异步执行可调用对象；

2）std::launch::deferred：同步执行可调用对象；

3）std::launch::async|std::launch::deferred可以异步或是同步，取决于具体实现。

函数返回值：

函数返回值是std::future对象，我们可以执行get、wait、wait_for、wait_until函数获取或者等待执行结果。

调用std::future对象的get函数时，如果执行的是异步执行策略，如果异步执行没有结束，get函数调用会阻塞当前当前调用线程；如果执行的是同步执行策略，只有当调用get函数时才真正执行。

调用std::future对象的wait*函数时，可能返回三种状态：

1）std::future_status::deferred：可调用对象尚未开始执行；

2）std::future_status::ready：可调用对象执行完毕；

3）std::future_status::timeout：可调用对象执行超时；

2、头文件

#include

3、同步或异步读取文件内容

我们模拟异步从数据库中读取数据和同步方式从文件中读取数据，从其中可以看到std::async的使用方法。

#include
#include
#include
#include
#include

usingnamespacestd::chrono;

std::stringfetchDataFromDB(std::stringrecvData){
std::cout<<"fetchDataFromDBstart"<resultFromDB=std::async(std::launch::async,fetchDataFromDB,"Data");

//从文件获取数据
std::futurefileData=std::async(std::launch::deferred,fetchDataFromFile,"Data");

//调用get函数fetchDataFromFile才开始执行
std::stringFileData=fileData.get();
//如果fetchDataFromDB执行没有完成，get会一直阻塞当前线程
std::stringdbData=resultFromDB.get();

//获取结束时间
autoend=system_clock::now();

autodiff=duration_cast(end-start).count();
std::cout<<"TotalTimetaken="<resultFromDB=std::async(std::launch::async,fetchDataFromDB,"Data");

std::future_statusstatus;
std::stringdbData;
do
{
status=resultFromDB.wait_for(std::chrono::seconds(1));

switch(status)
{
casestd::future_status::ready:
std::cout<<"Ready..."<(end-start).count();
std::cout<<"TotalTimetaken="<
程序输出：

mainstart140406593357632

fetchDataFromDBstart140406575482624

timeout...

timeout...

timeout...

timeout...

Ready...

DB_Data

TotalTimetaken=5Seconds

5、使用std::async实现多线程并发
既然std::async可以实现异步调用，我们很容易就可以借用它实现多线程并发。
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

template
intparallel_sum(RandomItbeg,RandomItend)
{
std::cout<<"threadid:"<,mid,end);
autohandle_bm=std::async(std::launch::async,
parallel_sum,beg,mid);
//intsum=parallel_sum(beg,mid);
returnhandle_bm.get()+handle_me.get();
}

intmain()
{
std::vectorv(10000,1);
std::cout<<"Thesumis"<
程序输出如下：

Thesumisthreadid:140594794530624

threadid:140594776655616

threadid:140594768262912

threadid:140594759870208

threadid:140594672297728

threadid:140594680690432

threadid:140594663905024

threadid:140594655512320

threadid:140594647119616

threadid:140594638726912

threadid:140594269644544

threadid:140594630334208

threadid:140594278037248

threadid:140594252859136

threadid:140594261251840

threadid:140594252859136

threadid:140594236073728

threadid:140594252859136

threadid:140594261251840

threadid:140594630334208

threadid:140594244466432

threadid:140594252859136

threadid:140594227681024

threadid:140594261251840

threadid:140593875384064

threadid:140593850205952

threadid:140593858598656

threadid:140593866991360

threadid:140594647119616

threadid:140594269644544

threadid:140594672297728

10000

6、其它注意事项
在使用时需要注意，std::future对象的析构需要等待std::async执行完毕，也就是说，如下面的代码并不能实现并发。原因在于std::async的返回的std::future对象无人接收，是个临时变量，临时变量的析构会阻塞，直至std::async异步任务执行完成。
std::async(std::launch::async,[]{f();});//temporary'sdtorwaitsforf()
std::async(std::launch::async,[]{g();});//doesnotstartuntilf()completes

参考材料
https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/async
www.nhooo.com/article/198761.htm
总结
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C++11中多线程编程-std::async的深入讲解

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