C++11異步編程 — async和future

C++11引入了async和future機制，用于簡化異步編程和并發操作。這兩個組件位于<future>頭文件中，提供了高級的異步任務管理接口。

一、async

1.定義

std::async

std::async是一個函數模板，用于啟動一個異步任務。它返回一個std::future對象，該對象可以用來獲取異步任務的結果。std::async的執行方式可以通過std::launch策略來控制。如下：

future<int> myf = async(launch::async,Func,20,30);

2.主要功能

①啟動一個異步任務，返回一個future對象。

②啟動策略：

EXPORT_STD enum class launch { // names for launch options passed to asyncasync    = 0x1,deferred = 0x2
};

launch::async :強制在新線程中啟動異步任務。

launch::deferred：延遲執行，只有當future的get()或者wait函數被調用時，任務才會在調用線程中執行。

默認策略（不指定） - 由實現決定，可能是異步或延遲

二、future

1.定義：

future是一個類模板，用于存儲異步執行結果，它提供了一種機制，允許用戶在某個異步操作完成時獲取其結果。std::future對象可以與線程、異步任務或其他并發操作相關聯。

2.主要功能

①通過std::future的get()方法，可以獲取異步操作的結果。如果異步操作尚未完成，get()會阻塞當前線程，直到結果可用。

②它提供了以下主要方法：

1. get() - 獲取結果（如果結果未準備好會阻塞）
2. wait() - 等待結果可用（阻塞但不獲取結果）
3. wait_for()/wait_until() - 帶超時的等待
4. valid() - 檢查future是否關聯了共享狀態

三、 std::async和std::future的使用場景

1.異步任務處理：適用于需要在后臺執行耗時操作，而主線程可以繼續執行其他任務的場景。

2.多線程數據共享：通過std::future獲取異步任務的結果，避免了直接使用線程時可能出現的線程同步問題。

3.簡化并發編程：提供了一種簡潔的方式來實現異步任務的啟動和結果獲取，降低了并發編程的復雜性。

四、注意事項：

1.如果不保留async返回的future對象，其析構函數會阻塞等待任務完成（類似于隱式join）。

2.線程安全：std::future和std::async是線程安全的，但用戶需要確保在使用std::future的get()方法時，不會出現對同一std::future對象的多次調用，future::get()只能調用一次，調用后future變為無效。

3.資源管理：std::future對象在析構時會自動銷毀關聯的異步任務，但如果任務尚未完成，可能會導致資源泄漏或未定義行為。

4.性能考慮：雖然std::async可以自動選擇執行策略，但在某些情況下，顯式指定std::launch::async或std::launch::deferred可以更好地控制任務的執行方式，從而優化性能。

示例代碼：

#include <iostream>
#include<thread>
#include<future>
using namespace std;int Func(int a,int b)
{cout << "Sub thread ID:" << this_thread::get_id() << endl;cout << "this is MyFunc" << endl;return a + b;
}int main()
{future<int> myf = async(launch::async,Func,20,30);cout <<"Main Thread Id:"<< this_thread::get_id() << endl;myf.wait();cout<<"myf == " << myf.get()<< endl; std::cout << "Hello World!\n";
}

代碼運行結果：

好了，關于async和future的介紹就到這里了。