C++ 从入门到精通之十三

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C++ 并发编程

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std::future

这里不再介绍 std::future 的基础使用，而是重点介绍 std::future 进阶使用的内容。

wait_for()

std::future::wait_for() 用于等待异步任务在指定时间内完成，它不会获取任务结果，而是阻塞当前线程一段时间，并通过返回值表示任务当前状态。返回值类型为 std::future_status，包含三种状态：ready 表示异步任务已完成，可以通过 get() 获取结果；timeout 表示等待时间结束，但任务仍未完成；deferred 表示任务采用延迟执行策略，需要调用 get() 或 wait() 时才会执行。wait_for() 适合用于超时检测、周期性检查异步任务状态等场景，常与 std::async、std::promise、std::packaged_task 等异步机制配合使用。

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#include <chrono>
#include <future>
#include <iostream>
#include <thread>

int process(int milliseconds) {
    std::cout << "process() start, current thread id " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    // 模拟业务处理耗时
    const std::chrono::milliseconds ms(milliseconds);
    std::this_thread::sleep_for(ms);
    std::cout << "process() end, current thread id " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    // 返回业务处理结果
    return 5;
}

int main() {
    std::cout << "main() run, thread id " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    // 启动一个子线程，第二个参数是线程函数的参数
    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, process, 5000);
    std::cout << "continue ..." << std::endl;

    // 等待指定时间
    std::future_status status =  result.wait_for(std::chrono::seconds(2));

    // 判断 Future 的状态（任务执行状态）
    if (status == std::future_status::timeout) {
        std::cout << "future timeout" << std::endl;
    }
    else if (status == std::future_status::ready) {
        std::cout << "future ready" << std::endl;
    }else if (status == std::future_status::deferred) {
        std::cout << "future deferred" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "future unknow status" << std::endl;
    }

    std::cout << "main() end, thread id " << std::this_thread::get_id() << std::endl;

    // main 线程执行完成后，程序不会立即结束；因为 std::future 对象析构时，会等待对应的异步任务执行完成
    return 0;
}

程序运行的结果如下：

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main() run, thread id 1
continue ...
process() start, current thread id 2
future timeout
main() end, thread id 1
process() end, current thread id 2

特别注意

  • std::future::wait_for() 可以用于在指定时间内等待异步任务完成，并通过返回值 std::future_status 判断任务当前状态。需要注意的是，wait_for() 本身不会影响异步任务的执行，也不会取消任务，只是用于检测任务是否在指定时间内完成。
  • 当使用 std::async(std::launch::async, ...) 创建异步任务时，即使 wait_for() 返回 timeout，表示任务仍在执行，异步线程也会继续运行。若对应的 std::future 对象生命周期结束，在析构阶段会等待异步任务执行完成后再退出程序。因此，wait_for() 适用于超时检测、任务状态轮询等场景，但不能用于终止正在执行的异步任务。

std::shared_future

std::shared_future 的概述

  • 概述：

    • std::shared_future 是 C++ 11 引入的异步结果共享机制，用于允许多个线程或多个对象共享同一个异步结果。
    • 它与 std::future 类似，都可以获取异步任务的结果，但 std::future 通常只能由一个对象获取结果，而 std::shared_future 支持多个对象重复访问同一个结果。

  • 特点：

    • 异步结果共享：多个 std::shared_future 对象可以共享同一个异步结果。
    • 支持重复获取：可以多次调用 get() 获取相同的结果，而 std::future 的 get() 通常只能调用一次。
    • 线程间共享结果：适合将同一个异步结果传递给多个线程。
    • 支持异常共享：如果异步任务产生异常，多个 std::shared_future 对象调用 get() 时都可以获得该异常。
    • 支持拷贝：std::shared_future 支持拷贝，多个对象可以共享同一个共享状态。
    • 可由 std::future 转换：可以通过 std::future::share() 将 std::future 转换为 std::shared_future，转换后原 std::future 不再有效。

  • 常用成员函数：

    • get()：获取异步任务的结果，可以被多次调用。
    • wait()：等待异步任务完成。
    • wait_for()：等待指定时间，并返回任务状态。
    • wait_until()：等待到指定时间点，并返回任务状态。
    • valid()：判断当前 shared_future 是否关联有效的共享状态。

  • 与 std::future 的区别：

    组件作用
    std::future独占异步结果，通常只能获取一次结果
    std::shared_future共享异步结果，可以被多个对象、多个线程获取

总结

std::shared_future 是一种可共享、可重复获取的异步结果对象，主要解决 std::future 结果只能由单个对象获取的问题。它适合需要将同一个异步结果提供给多个线程或多个消费者的场景。

std::shared_future 的使用