【并发编程十一】c++线程同步——future

• 一、互斥
• 二、条件变量
• 三、future
• • 1、promise
  • • 1.1、子线程设值，主线程获取
    • 1.2、主线程设置值，子线程获取
  • 2、async
  • • 2.1、不开新线程的async
    • 2.2、开新线程的async
  • 3、packaged_task
  • • 3.1、不使用bind
    • 3.2、提前指定参数
    • 3.3、bind
  • 4、shared_future
• 四、信号量

简介：
本篇文章，我们详细的介绍下c++标准库提供的线程同步方法中的第3个——future。

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参见【并发编程九】c++线程同步——互斥（mutex）

二、条件变量

参见【并发编程十】c++线程同步——条件变量（condition_variable）

三、future

类模板 std::future 提供访问异步操作结果的机制：

• （通过std::async、std::packaged_task或std::promise创建的）异步操作能提供一个 std::future 对象给该异步操作的创建者。
• 然后，异步操作的创建者能用各种方法查询、等待或从 std::future 提取值。若异步操作仍未提供值，则这些方法可能阻塞。
• 异步操作准备好发送结果给创建者时，它能通过修改链接到创建者的 std::future 的共享状态（例如 std::promise::set_value ）进行。

注意， std::future 所引用的共享状态不与另一异步返回对象共享（与 std::shared_future 相反）。

1、promise

• 类模板 std::promise 提供存储值或异常的设施，之后通过 std::promise 对象所创建的 std::future 对象异步获得结果。注意 std::promise 只应当使用一次。

备注：简单来说，就是以下过程

• 1、把promis和future绑定。
• 2、promise设置值后，
• 3、future等待，直到获取值。

1.1、子线程设值，主线程获取

• demo

#include#include#includeusing namespace std;

void task(int a, int b, promise& p)
{p.set_value(a + b);
}
int main()
{// 把promise和future做关联
    promisep;
    futuref=p.get_future();

    thread task1(task,1,2,ref(p));

    //do somesthing

    //get promise value
    f.wait();
    cout<< "return value is "<< f.get()<< '\n';//只能get一次。

    task1.join();
}

• 输出

1.2、主线程设置值，子线程获取

• demo

#include#include#includeusing namespace std;

void task(int a, future& b, promise& p)
{p.set_value(a + b.get());
}
int main()
{// 把promise和future做关联
    promisep_ret;
    futuref_ret=p_ret.get_future();

    promisep_in;
    futuref_in = p_in.get_future();

    thread task1(task,1,ref(f_in),ref(p_ret));

    //do somesthing
    //...
    p_in.set_value(3);

    //get promise value
    f_ret.wait();
    cout<< "return value is "<< f_ret.get()<< '\n';//只能get一次。

    task1.join();
}

• 输出

2、async

异步运行一个函数（有可能在新线程中执行），并返回保有其结果的 std::future.

2.1、不开新线程的async

• demo

#include#include#includeusing namespace std;

int task(int a, int b)
{return a + b;
}


int main()
{// 把async和future做关联
    futuref = async(task, 1, 5);

    //get future value
    f.wait();
    cout<< "return value is "<< f.get()<< '\n';
}

• 输出

2.2、开新线程的async

• launch::async意思是创建新的线程。
• launch::deferred和不传默认参数是一样的，相当于延时调用。

#include#include#includeusing namespace std;

int task(int a, int b)
{return a + b;
}


int main()
{// 把async和future做关联
    futuref = async(launch::async,task, 1, 5);

    //get future value
    f.wait();
    cout<< "return value is "<< f.get()<< '\n';
}

输出结果和不开线程一样的

3、packaged_task

• 打包一个函数，存储其返回值以进行异步获取

3.1、不使用bind

• demo

#include#include#includeusing namespace std;

int task(int a, int b)
{return a + b;
}

int main()
{// 调用packaged_task的构造函数，返回值和两个参数都是int类型，
    packaged_taskt(task);
    //执行
    t(5,5);

    // 把packaged_task和future做关联
    futuref = t.get_future();

    //获取返回值的结果
    f.wait();
    cout<< "return value is "<< f.get()<< '\n';
}

输出

3.2、提前指定参数

#include#include#includeusing namespace std;

int task(int a, int b)
{return a + b;
}

int main()
{// 调用packaged_task的构造函数，返回值和两个参数都是int类型，
    packaged_taskt(std::bind(task,11,12));
    //执行
    t();

    // 把packaged_task和future做关联
    futureresult = t.get_future();

    //获取返回值的结果
    result.wait();
    cout<< "return value is "<< result.get()<< '\n';
}

• 输出

3.3、bind

bind返回参数为std::function

• demo

#include#include#includeusing namespace std;

int task(int a, int b)
{return a + b;
}

int main()
{// bind返回值为std::function，
    auto a = bind(task, 11, 14);
    //执行
    int result = a();

    cout<< "return value is "<< result<< '\n';
}

• 输出

备注：既然bind就可以获取结果，为何还要用packaged_task，当然是因为future啊。

4、shared_future

• future只能get一次，那如果我们想用使用多次的get呢？———答：使用shared_future。
• 网上的例子基本都是shared_future和async放在一起使用。
• 网上并没有shared_future和promise一起使用的例子，所以我们写下后者的例子demo.

#include#include#includeusing namespace std;

mutex mtx;

void task(int a, shared_future& b, promise& p)
{p.set_value(2);
    b.wait();
    int bb = b.get();
    lock_guardguard(mtx);
    cout<< "task b ="<< b.get()<// 把promise和future做关联
    promisep_ret_1,p_ret_2;

    futuref1 = p_ret_1.get_future();
    futuref2 = p_ret_2.get_future();

    promisep_in;
    shared_futures_f = p_in.get_future();

    thread task1(task, 1, ref(s_f), ref(p_ret_1));
    thread task2(task, 2, ref(s_f), ref(p_ret_2));

    //do somesthing
    f1.wait();
    f2.wait();
    //...
    p_in.set_value(3);

    //get promise value
    {lock_guardguard(mtx);
        cout<< "main() return value is "<< f1.get()<< '\n';//只能get一次。
        cout<< "main() return value is "<< f2.get()<< '\n';//只能get一次。
    }

    task1.join();
    task2.join();
}

• 输出

参考：
1、https://www.apiref.com/cpp-zh/cpp/thread.html
2、https://en.cppreference.com/w/cpp/thread
3、书籍《c++服务器开发精髓》——张远龙

四、信号量

• 参见【并发编程十二】c++20线程同步——信号量（semaphore）

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