c++11多线程编程之std::async的介绍与实例

时间:2020-11-02 小麒麟666 人气:0

本节讨论下在C++11中怎样使用std::async来执行异步task。

C++11中引入了std::async

什么是std::async

std::async()是一个接受回调(函数或函数对象)作为参数的函数模板，并有可能异步执行它们.

template<class Fn, class... Args>
future<typename result_of<Fn(Args...)>::type> async(launch policy, Fn&& fn, Args&&...args);

std::async返回一个 std::future<T>，它存储由 std::async()执行的函数对象返回的值。

函数期望的参数可以作为函数指针参数后面的参数传递给std::async()。

std::async中的第一个参数是启动策略，它控制std::async的异步行为，我们可以用三种不同的启动策略来创建std::async

·std::launch::async

保证异步行为，即传递函数将在单独的线程中执行

·std::launch::deferred

当其他线程调用get()来访问共享状态时，将调用非异步行为

·std::launch::async | std::launch::deferred

默认行为。有了这个启动策略，它可以异步运行或不运行，这取决于系统的负载，但我们无法控制它。

如果我们不指定一个启动策略，其行为将类似于std::launch::async | std::launch::deferred

本节我们将使用std::launch::async启动策略

我们可以在std::async传递任何回调，如：

·函数指针

·函数对象

·lambda表达式

std::async的需求

假设我们必须从数据库和文件系统里里获取一些数据（字符串），然后需要合并字符串并打印。

在单线程中，我们这样做：

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
 
using namespace std::chrono;
 
std::string fetchDataFromDB(std::string recvData) {
 //确保函数要5秒才能执行完成
 std::this_thread::sleep_for(seconds(5));
 
 //处理创建数据库连接、获取数据等事情
 return "DB_" + recvData;
}
 
std::string fetchDataFromFile(std::string recvData) {
 //确保函数要5秒才能执行完成
 std::this_thread::sleep_for(seconds(5));
 
 //处理获取文件数据
 return "File_" + recvData;
}
 
int main() {
 //获取开始时间
 system_clock::time_point start = system_clock::now();
 
 //从数据库获取数据
 std::string dbData = fetchDataFromDB("Data");
 
 //从文件获取数据
 std::string fileData = fetchDataFromFile("Data");
 
 //获取结束时间
 auto end = system_clock::now();
 
 auto diff = duration_cast<std::chrono::seconds>(end - start).count();
 std::cout << "Total Time taken= " << diff << "Seconds" << std::endl;
 
 //组装数据
 std::string data = dbData + " :: " + fileData;
 
 //输出组装的数据
 std::cout << "Data = " << data << std::endl;
 
 return 0;
}

输出：

Total Time Taken = 10 Seconds
Data = DB_Data :: File_Data

由于函数 fetchDataFromDB() 和 fetchDataFromFile()各自在单独的线程中运行5秒，所以，总共耗时10秒。

既然从数据库和文件系统中获取数据是独立的并且都要耗时，那我们可以并行地运行他们。

一种方式是创建一个新的线程传递一个promise作为线程函数的参数，并在调用线程中从关联的std::future对象获取数据

另一种方式就是使用std::async

使用函数指针调用std::async作为回调

修改上面的代码，并使用std::async异步调用fetchDataFromDB()

std::future<std::string>resultFromDB = std::async(std::launch::async, fetchDataFromDB, "Data");
 
std::string dbData = resultDromDB.get()

std::async()做如下的事情

·自动创建一个线程(或从内部线程池中挑选)和一个promise对象。

·然后将std::promise对象传递给线程函数，并返回相关的std::future对象

·当我们传递参数的函数退出时，它的值将被设置在这个promise对象中，所以最终的返回值将在std::future对象中可用

现在改变上面的例子，使用std::async异步地从数据库中获取数据

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <future>
 
using namespace std::chrono;
 
std::string fetchDataFromDB(std::string recvData) {
 //确保函数要5秒才能执行完成
 std::this_thread::sleep_for(seconds(5));
 
 //处理创建数据库连接、获取数据等事情
 return "DB_" + recvData;
}
 
std::string fetchDataFromFile(std::string recvData) {
 //确保函数要5秒才能执行完成
 std::this_thread::sleep_for(seconds(5));
 
 //处理获取文件数据
 return "File_" + recvData;
}
 
int main() {
 //获取开始时间
 system_clock::time_point start = system_clock::now();
 
 std::future<std::string> resultFromDB = std::async(std::launch::async, fetchDataFromDB, "Data");
 
 //从文件获取数据
 std::string fileData = fetchDataFromFile("Data");
 
 //从DB获取数据
 //数据在future<std::string>对象中可获取之前，将一直阻塞
 std::string dbData = resultFromDB.get();
 
 //获取结束时间
 auto end = system_clock::now();
 
 auto diff = duration_cast<std::chrono::seconds>(end - start).count();
 std::cout << "Total Time taken= " << diff << "Seconds" << std::endl;
 
 //组装数据
 std::string data = dbData + " :: " + fileData;
 
 //输出组装的数据
 std::cout << "Data = " << data << std::endl;
 
 return 0;
}

输出：

Total Time taken= 5Seconds
Data = DB_Data :: File_Data

只使用了5秒

用Function对象作为回调调用std::async

/*
* Function Object
*/
struct DataFetcher {
 std::string operator ()(std::string recvdData) {
  //确保函数要5秒才能执行完成
  std::this_thread::sleep_for(seconds(5));
  //处理获取文件数据
  return "File_" + recvdData;
 
 }
};
 
//用函数对象调用std::async
std::future<std::string> fileResult = std::async(DataFetcher(), "Data");

用lambda函数作为回调调用std::async

std::future<std::string> resultFromDB = std::async([](std::string recvdData) {
 
 std::this_thread::sleep_for(seconds(5));
 //处理创建数据库连接、获取数据等事情
 return "DB_" + recvdData;
 
}, "Data");

总结

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