C++并发与多线程(八) async、future、packaged_task、promise

2022-11-11 11:34:41

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std::async、std::future创建后台任务并返回值

std::async

std::async是一个函数模板，用来启动一个异步任务，启动起来一个异步任务之后，它返回一个std::future对象，这个对象是个类模板。

异步任务：
自动创建一个线程，并开始 执行对应的线程入口函数，它返回一个std::future对象，这个std::future对象中就含有线程入口函数所返回的结果(其实就是线程执行的结果），我们可以通过调用future对象的成员函数get()来获取结果。

std::future

std::future提供了一种访问异步操作结果的机制，就是说这个结果你可能没办法马上拿到，但是在不久的将来，这个线程执行完毕的时候，你就能够拿到结果了，所以，可以理解未：future中保存着一个值，这个值是在将来的某个时刻能够拿到。

  1. std::future.get()成员函数会等待线程执行结束并返回结果，拿不到结果它就会一直等待，感觉有点像join()但是，它是可以获取结果的。

  2. std::future.wait()成员函数，用于等待线程返回，本身并不返回结果，这个效果和 std::thread 的join()更像。

代码示例：

#include <future>

//线程入口函数
int myThread() {
	cout << "thread begin with id =" << this_thread::get_id() << endl; //打印线程id
	chrono::microseconds dura(5000); //休息5s
	this_thread::sleep_for(dura); //休息了一定时间
	cout << "thread end with id =" << this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

	return 5;
}

int main() {
	cout << "main thread id = " << this_thread::get_id() << endl;
	future<int> result = async(myThread); //创建线程，入口函数为myThread

	cout << result.get() << endl; //调用future的get成员函数获取结果并打印
								  //如果myThread没执行完，会一直在这里等待，直到子进程执行结束，拿到返回结果

	return 0;
}
  1. 包含头文件#include < future >
  2. future<int> result = async(myThread); 创建一个线程，入口函数为myThread，future类模板，返回结果类型为int
  3. result.get()获得返回的结果，如果myThread没执行完，会一直在这里等待，直到子进程执行结束，拿到返回结果。（因此必须子线程的入口函数必须有返回值，不然主进程会一直卡在这里）
  4. get()成员函数只能调用一次，调用多次会报错。
  5. 如果不调用get()，主线程也会在return 0;之前一直等待子进程执行完毕（但是推荐使用get，这样写出的程序稳定）

std::launch

我们通过向std::async()传递一个参数，该参数是std::launch类型（枚举类型），来达到一些特殊的目的：

1.std::lunch::deferred
std::lunch::deferred表示线程入口函数的调用会被延迟，一直到std::future的wait()或者get()函数被调用时（由主线程调用）才会执行；如果wait()或者get()没有被调用，则不会执行。

实际上根本就没有创建新线程。std::lunch::deferred意思时延迟调用，并没有创建新线程，是在主线程中调用的线程入口函数。

代码示意：

#include <future>

//用类作线程入口函数
class MyThread {
public:
	int myThread(int val) {
		cout << "thread begin with id =" << this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

		cout << "thread val =" << val << endl;

		chrono::microseconds dura(5000); //休息5s
		this_thread::sleep_for(dura); //休息了一定时间
		cout << "thread end with id =" << this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

		return 5;
	}
};
int main() {
	cout << "main thread id = " << this_thread::get_id() << endl;
//	future<int> result = async(myThread); //创建线程，入口函数为myThread

	MyThread a;
	int tempval = 12;
	future<int> result = async(std::launch::deferred, &MyThread::myThread, &a, tempval); //创建线程，用类的成员函数作线程入口函数，注意传参的个数


	cout << result.get() << endl; //调用future的get成员函数获取结果并打印
								  //如果myThread没执行完，会一直在这里等待，直到子进程执行结束，拿到返回结果

	return 0;
}

C++并发与多线程(八) async、future、packaged_task、promise

  1. 这里是用的类的成员函数作线程入口函数：注意async的调用：future<int> result = async(std::launch::deferred, &MyThread::myThread, &a, tempval);参数的传参顺序与方式
  2. 可以看到结果，子进程与主进程的id一样，说明根本没有创建新进程；

所以deferred实际上就是延迟调用，不创建新线程，在主线程中执行入口函数。

2.std::launch::async

在调用async函数的时候就开始创建新线程。也就是说，不用等到调用get，在创建future的时候，就已经可以运行新线程了。

	MyThread a;
	int tempval = 12;
	future<int> result = async(std::launch::async, &MyThread::myThread, &a, tempval); //创建线程，用类的成员函数作线程入口函数，注意传参的个数

	cout << "loading!" << endl;
	cout << "loading!" << endl;
	cout << "loading!" << endl;
	cout << "loading!" << endl;
	cout << "loading!" << endl;

	cout << result.get() << endl; //调用future的get成员函数获取结果并打印
								  //如果myThread没执行完，会一直在这里等待，直到子进程执行结束，拿到返回结果

可以用这段代码测试，可以发现，main还在打印loading的时候，就已经进入myThread开始执行了。

std::packaged_task

packaged_task：打包任务，把任务包装起来。它也是一个类模板，它的模板参数是各种可调用对象，通过packaged_task把各种可调用对象包装起来，方便将来作为线程入口函数来调用。

	packaged_task<int(int)> mypt(myThread); //<int(int)>表示一个返回值为int，参数为int的函数，用packaged_task进行包装
	thread mythread(ref(mypt), 1); //创建一个新线程，线程入口函数为packaged_pack包装的，参数为1的函数
	mythread.join();
	future<int> result = mypt.get_future();//std::future对象里包含有线程入口函数的返回结果，这里result保存mythread返回的结果。
	cout << result.get() << endl;

packaged_task包装一个lamda表达式：

int main() {
	std::packaged_task<int(int)> mypt([](int mypar) {
		cout << mypar << endl;
		cout << "mythread() start" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
		std::chrono::milliseconds dura(5000);
		std::this_thread::sleep_for(dura);
		cout << "mythread() end" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
		return 5;
	}); 
	
	std::thread mythread(std::ref(mypt), 1);
	mythread.join();
	std::future<int> result = mypt.get_future(); 
	//std::future对象里包含有线程入口函数的返回结果，这里result保存mythread返回的结果。
	cout << result.get() << endl;
	return 0;
}

std::promise

std::promise也是一个类模板，能够在某个线程中给它赋值，然后我们可以在其他线程中，把这个值取出来。

void myThread(promise<int> &temp, int calc) {
	//做一系列运算
	calc++;

	chrono::microseconds dura(5000); //休息5s
	this_thread::sleep_for(dura); //休息了一定时间，用sleep模拟运算时间

	//计算结果
	int result = calc;
	temp.set_value(result); //用set_value把结果保存到promise对象中

}

int main() {
	cout << "main thread id = " << this_thread::get_id() << endl;

	promise<int> myprom; //实例化一个promise对象，保存值为int
	thread mythread(myThread, ref(myprom), 180); //注意传参：线程入口函数，参数1，参数2
	mythread.join();

	//获取结果值
	future<int> result = myprom.get_future(); //promise和future绑定，用于获取返回值
	cout << result.get() << endl;

	return 0;
}
  1. 通过promise保存一个值，在将来某个时刻我们通过吧一个future绑定到这个promise上，来得到绑定的值;
  2. 注意使用thread时，必须 join() 或者 detach() 否则程序会报异常;
  3. 因此，我们可以通过promise + future的方式实现两个线程数据的交换，线程2可以使用线程1计算出的结果。

对于3，代码如下：

//myThread见上面代码
void myThread2(future<int> &temp) {
	auto result = temp.get();
	cout << "thread2 result = " << result << endl;
}
int main() {
	promise<int> myprom; //实例化一个promise对象，保存值为int
	thread mythread(myThread, ref(myprom), 180); //注意传参：线程入口函数，参数1，参数2
	mythread.join();

	//获取结果值
	future<int> result = myprom.get_future(); //promise和future绑定，用于获取返回值

	//线程2使用线程1计算出的结果
	thread mythread2(myThread2, ref(result));
	mythread2.join();

	return 0;
}

最后：

  1. 我们学习这些东西的目的并不是，要把他们都用到实际开发中。

  2. 相反，如果我们能够用最少的东西写出一个稳定的，高效的多线程程序，更值得赞赏。

  3. 我们为了成长必须阅读一些高手写的代码，从而实现自己代码的积累；

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