多线程07：async、future、packaged_task、promise

async、future、packaged_task、promise

本节内容需要包含头文件：#include <future>

一、std::async、 std::future 创建后台任务并返回值

①：启用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。
• “启动一个异步任务”：就是自动创建一个线程，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，我们可以通过调用future对象的成员函数get()来获取结果。
• “future”将来的意思，也有人称呼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，大家这么理解：future中保存着一个值，这个值是在将来的某个时刻能够拿到。
• std::future对象的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。并且记得一个future只能调用一次get（无论哪里，都会将数据转移），调用两次程序会崩溃。
• std::future对象的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。没有只能调用一次限制，但是调用多也没有效果。
• 如果不调用future的get()成员函数和wait()成员函数，程序也会在主函数return处一直等待调用子线程结束；

看例子：

#include <iostream>
#include <future>
using namespace std;
class A {
public:
	int mythread(int data) {
		cout << data << endl;
		return data * 2;
	}
};

int mythread() {
	cout << "mythread() start" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	std::chrono::milliseconds dura(5000);//睡5秒
	std::this_thread::sleep_for(dura);
	cout << "mythread() end" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	return 5;
}

int main() {
	A a;
	int tmp = 12;
	cout << "main" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	std::future<int> result1 = std::async(mythread);
	cout << "continue........" << endl;
	cout << result1.get() << endl; //卡在这里等待mythread()执行完毕，拿到结果

	//类成员函数
	std::future<int> result2 = std::async(&A::mythread, &a, tmp); //第二个参数是对象引用才能保证线程里执行的是同一个对象
	//cout << result2.get() << endl;//get()只能调用一次，result2不再有结果值，转移的是存的数据类型，这里是int！
   //或者result2.wait();
	cout << "finish all" << endl;
	return 0;
}

②：std::async的第一个参数

• 参数：std::launch::deferred: 表示线程入口函数调用被延迟到std::future的wait()或者get()函数调用时才执行； 那如果wait()或者get()没调用，那么线程没执行！线程没有创建！是在主线程中调用的线程入口函数！

#include <iostream>
#include <future>
using namespace std;

int mythread() {
	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;
}

int main() {
	cout << "main" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	std::future<int> result1 = std::async(std::launch::deferred ,mythread);
	cout << "continue........" << endl;
	cout << result1.get() << endl; //卡在这里等待mythread()执行完毕，拿到结果
	cout << "finish all" << endl;
	return 0;
}

• 参数：std::launch::async:在调用async函数的时候就开始创建线程；会强制std::async创建新线程，和thread一样。
• 带上两个参数：std::launch::async |std::launch::deferred 这里这个 |：以为这调用async的行为可能是 创建新线程并立即执行，或者没有创建新线程并且延迟调用result.get()才开始执行任务入口函数，两者居其一。（系统会自行决定是异步（创建新线程）还是同步（不创建新线程）方式运行），默认值就是这个！

二、std::package_task

• 目的就是：打包任务，把任务包装起来
• std::packaged_task是个模板类，它的模板参数是各种可调用对象（函数，函数指针，lambda表达式，bind创建的对象，以及重载了函数调用符的类,有点像function）；通过std::packaged_task来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包装起来的可调用对象还可以直接调用，所以从这个角度来讲，packaged_task对象，也是一个可调用对象。
• 看例子：

//可调用对象是普通函数
#include <thread>
#include <iostream>
#include <future>
using namespace std;

int mythread(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;
}

int main() {
	cout << "main" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	//我们把函数mythread通过packaged_task包装起来
    //参数是一个int，返回值类型是int
    std::packaged_task<int(int)> mypt(mythread);
	std::thread t1(std::ref(mypt), 1);//传入真引用！不可以用detach模式
	t1.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;
}

//可调用对象是lambda表达式
int main() {
	cout << "main" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;

	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 t1(std::ref(mypt), 1);//传真引用，因为是packege_task,mypt只能再被调用一次
	t1.join();
	std::future<int> result = mypt.get_future(); 

	cout << result.get() << endl;

	cout << "finish overhead" << endl;
	return 0;
}

//调用对象是lambda表达式，直接调用
int main() {
	cout << "main" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;

	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;
	}); 

	mypt(1);//也可以在主线程中直接调用，这样就和function的效果一样，但是只能调用一次
	std::future<int> result = mypt.get_future();
	cout << result.get() << endl;

	cout << "finish overhead" << endl;
	return 0;
}

tip:了解ref

三、promise

• std::promise 类模板，我们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用;

• 总结：通过promise保存一个值，在将来某时刻我们通过把一个future绑定到这个promise上来得到这个绑定的值；

#include<iostream>
#include<thread>
#include<mutex>
#include<future>

using namespace std;

void mythread(std::promise<int>&tmpp, int calc)
{
	//做一系列复杂的操作
	calc++;
	calc *= 10;

	//做其他运算，比如整整花费了5秒钟
	std::chrono::milliseconds dura(5000); //定一个5秒的时间
	std::this_thread::sleep_for(dura);  //休息一定时常

	int result = calc; //保存结果
	tmpp.set_value(result);  //####1.结果保存到了tmpp这个promise对象中
} 

void mythread2(std::future<int> &tmpf)
{
	auto result = tmpf.get();
	cout <<"mythread result = " << result<<endl;
}

int main()
{
	std::promise<int> myprom; //声明一个std::promise对象myprom,保存的值类型为int;
	std::thread t1(mythread,std::ref(myprom),180);
	t1.join();

	//获取结果值
	std::future<int> fu1 = myprom.get_future();//####2.promise与future绑定，用于获取线程返回值

	std::thread t2(mythread2,std::ref(fu1));
	t2.join(); //等mythread2执行完毕

	cout << "finish all"  << endl;

    //fu1不再有用，已经为空；已经全部传入mythread2的tmpf中，但是myprom还存着值1810；
	return 0;
}

//对于ref，package_task、future都会移动后原本的变量就没有内容了，对于promise，却还有，要探索一下

再了解async\future\等

四、std::asyn深入理解

4.1 std::async参数详述

• 延迟调用参数 std::launch::deferred【延迟调用】，std::launch::async【强制创建一个线程】；

• std::async()我们一般不叫创建线程（他能够创建线程），我们一般叫它创建一个异步任务。std::async和std::thread最明显的不同：就是 async 有时候并不创建新线程。

①如果用std::launch::deferred 来调用async？

延迟到调用 get() 或者 wait() 时执行，如果不调用就不会执行

②如果用std::launch::async来调用async？

强制这个异步任务在新线程上执行，这意味着，系统必须要创建出新线程来运行入口函数。

③如果同时用 std::launch::async | std::launch::deferred

这里这个 | 意味着async的行为可能是 std::launch::async 创建新线程立即执行， 也可能是 std::launch::deferred 没有创建新线程并且延迟到调用get()执行，由系统根据实际情况来决定采取哪种方案

④不带额外参数 std::async(mythread)，只给async 一个入口函数名，此时的系统给的默认值是 std::launch::async | std::launch::deferred 和 ③ 一样，有系统自行决定异步还是同步运行。

4.2 std::async和std::thread()区别

• std::thread()如果系统资源紧张可能出现创建线程失败的情况，如果创建线程失败那么程序就可能崩溃，而且不容易拿到函数返回值（不是拿不到）
• std::async()创建异步任务。可能创建线程也可能不创建线程，并且容易拿到线程入口函数的返回值；

由于系统资源限制：

①如果用std::thread创建的线程太多，则可能创建失败，系统报告异常，崩溃。

②如果用std::async，一般就不会报异常，因为如果系统资源紧张，无法创建新线程的时候，async不加额外参数的调用方式就不会创建新线程。而是在后续调用get()请求结果时执行在这个调用get()的线程上。

如果你强制async一定要创建新线程就要使用 std::launch::async 标记。承受的代价是，系统资源紧张时可能崩溃。

③根据经验，一个程序中线程数量 不宜超过100~200 。

4.3 async不确定性问题的解决

让系统自行决定是否创建线程：std::future<int> result = std::async(mythread);问题焦点在于这个写法，任务到底有没有被推迟执行！

如何判断：通过future中wait_for()方法的返回值；详情看下一节内容

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