java AsyncResult替代方案 asynctask替代

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mob64ca13fe1aa6 2024-04-11 11:52:29

文章标签 async thread 异步任务死循环创建线程 文章分类 Java 后端开发

std::thread

c++11在语言层面对并发编程提供了有力的支持，std::thread就是一例，它以线程的方式启动异步任务。

关于thread创建线程对象并使用的用法，请参考 std::thread创建线程的几种方式

使用thread对象，并在其上运行一个函数，这是基于线程的程序设计：

int DoAsyncWork();

std::thread t(DoAsyncWork);

std::async

还有一种更好的方式：基于任务的程序设计。即把任务函数传递给std::async，示例：

#include <future>

auto fut = std::async(DoAsyncWork); // fut是期值

之所以说基于任务的程序设计更好，理由如下：

基于任务的方法可以获取函数DoAsyncWork的返回值，而基于线程的则困难的多
基于任务的程序表现着更高阶的抽象，应用程序不必进行线程细节的管理

线程细节的管理，包括但不限于：

当使用thread创建线程时，如果试图创建的线程数量多于系统能够提供的数据时，会抛出std::system_error异常
即使没有用尽线程，也要注意超订问题（就绪状态的软件线程数量超过了硬件线程，线程调度器会为软件线程在硬件线程上分配CPU时间片，这会导致语境切换，进而导致线程开销增大）

而std::async则把所有问题扔给了C++标准库的实现者。除非你认为你可以比标准库做的更好，否则就不要尝试手动处理以上问题了。

关于std::async，需要知道它的两种启动策略：

std::launch::async: 函数f必须以异步方式运行，即在另一线程上执行
std::launch::deferred: 函数f只会在std:async所返回的期值的get或wait得到调用时才执行，即推迟执行到其中一个调用发生的时刻

在调用get/wait时，f会同步运行
调用方会阻塞到f运行结束
如果get/wait都没有得到调用，f不会运行

而std::async的默认启动策略，并不是以上两个中的一个，而是对二者进行或运行的结果。下面两个调用意义相同：

auto fut1 = std::async(f); // 默认方式
auto fut2 = std::async(std::launch::async | std::launch::deferred, f); // 采用或者异步或者推迟的方式

这么一来，默认策略就允许f以异步或者同步的方式运行皆可。这种弹性使得标准库的线程管理组件能够承担得起线程创建、销毁、避免超订和负载均衡的任务。

std::async的注意事项

如前所述，以默认策略启动std::async时，会有以下问题：

无法知道f是否会和t并发运行，因为f可能会被调度为推迟运行
无法预知f是否运行在与调用fut的get/wait函数的线程不同的某个线程之上
甚至无法预知f是否会得到运行，因为无法保证在程序的每条路径上，fut的get/wait都会得到调用
在使用thread_local变量时会导致混淆，如果f读写此线程局部存储时，无法预知会取到哪个线程的局部存储
可能导致基于wait的循环中以超时为条件者陷入死循环，因为对任务调用wait_for/wait_until会产生std::launch::deferred，如下：

using namespace std::literals // c++14持续时长后缀

void f()
{
	std::this_thread::sleep_for(1s);
}

auto fut = std::async(f); // 异步调用f，默认策略

while(fut.wait_for(100ms) != std::future_status::ready) { // 等待f完成，可能在此处死循环
	// ...
}

上例中，如果f是并发执行的，不会产生问题。

但如果f被推迟执行，fut.wait_for将总是返回std::future_status::deferred，所以陷入死循环。

避免这种问题也不难，只需要校验std:async的返回值，如果被推迟，则不要进入基于超时的循环：

auto fut = std::async(f);

if (fut.wait_for(0s) == std::future_status::deferred) {
	// f推迟运行，则使用fut的wait/get以异步方式调用f
} else {
	while (fut.wait_for(100ms) != std::future_status::ready) ｛ // 不会进入死循环，前提是确保f会结束
		// f未被推迟，也未就绪。则做并发工作，直到任务就绪
	}
}

综上所述，只有在以下条件都满足时，才能使用std::async的默认启动策略：

任务不需要与调用get/wait的线程并发执行
读写哪个线程的thread_local变量无影响
要么可以给出保证在std::sync返回的期值之上调用get/wait，要么可以接受任务可能永不执行
使用wait_for/wait_until的代码将任务被推迟的可能性纳入考虑

其中任意一条无法保证时，请确保任务以异步方式执行：

auto fut = std::async(std::launch::async, f);

写个模板封装一下：

template<typename F, typename.. Ts>
inline std::future<typename std::result_of<F(Ts...)>::type>
reallyAsync(F&& f, Ts&&.. params)
{
	return std::async(std::launch::async, std::forward<f>(f), std::forward<Ts>(params)...);
}

auto fut = reallyAsync(f); // 以异步方式运行f