深刻浅出 c++11 std::async

c++11中增长了线程，使得咱们能够很是方便的建立线程，它的基本用法是这样的：

void f(int n); std::thread t(f, n + 1); t.join();

可是线程毕竟是属于比较低层次的东西，有时候使用有些不便，好比我但愿获取线程函数的返回结果的时候，我就不能直接经过 thread.join()获得结果，这时就必须定义一个变量，在线程函数中去给这个变量赋值，而后join,最后获得结果，这个过程是比较繁琐的。 c++11还提供了异步接口std::async，经过这个异步接口能够很方便的获取线程函数的执行结果。std::async会自动建立一个线程去调用 线程函数，它返回一个std::future，这个future中存储了线程函数返回的结果，当咱们须要线程函数的结果时，直接从future中获取，非 常方便。可是我想说的是，其实std::async给咱们提供的便利可不单单是这一点，它首先解耦了线程的建立和执行，使得咱们能够在须要的时候获取异步 操做的结果；其次它还提供了线程的建立策略（好比能够经过延迟加载的方式去建立线程），使得咱们能够以多种方式去建立线程。在介绍async具体用法以及 为何要用std::async代替线程的建立以前，我想先说一说std::future、std::promise和 std::packaged_task。

std::future

std::future是一个很是有用也颇有意思的东西，简单说std::future提供了一种访问异步操做结果的机制。从字面意思来理解， 它表示将来，我以为这个名字很是贴切，由于一个异步操做咱们是不可能立刻就获取操做结果的，只能在将来某个时候获取，可是咱们能够以同步等待的方式来获取 结果，能够经过查询future的状态（future_status）来获取异步操做的结果。future_status有三种状态：

• deferred：异步操做还没开始
• ready：异步操做已经完成
• timeout：异步操做超时

//查询future的状态 std::future_status status; do { status = future.wait_for(std::chrono::seconds(1)); if (status == std::future_status::deferred) { std::cout << "deferred\n"; } else if (status == std::future_status::timeout) { std::cout << "timeout\n"; } else if (status == std::future_status::ready) { std::cout << "ready!\n"; } } while (status != std::future_status::ready);

获取future结果有三种方式：get、wait、wait_for，其中get等待异步操做结束并返回结果，wait只是等待异步操做完成，没有返回值，wait_for是超时等待返回结果。

std::promise

std::promise为获取线程函数中的某个值提供便利，在线程函数中给外面传进来的promise赋值，当线程函数执行完成以后就能够经过promis获取该值了，值得注意的是取值是间接的经过promise内部提供的future来获取的。它的基本用法：

std::promise<int> pr; std::thread t([](std::promise<int>& p){ p.set_value_at_thread_exit(9); },std::ref(pr)); std::future<int> f = pr.get_future(); auto r = f.get();

std::packaged_task

std::packaged_task它包装了一个可调用的目标（如function, lambda expression, bind expression, or another function object）,以便异步调用，它和promise在某种程度上有点像，promise保存了一个共享状态的值，而packaged_task保存的是一 个函数。它的基本用法：

std::packaged_task<int()> task([](){ return 7; }); std::thread t1(std::ref(task)); std::future<int> f1 = task.get_future(); auto r1 = f1.get();

std::promise、std::packaged_task和std::future的关系

至此, 咱们介绍了std::async相关的几个对象std::future、std::promise和std::packaged_task，其中 std::promise和std::packaged_task的结果最终都是经过其内部的future返回出来的，不知道读者有没有搞糊涂，为何有 这么多东西出来，他们之间的关系究竟是怎样的？且听我慢慢道来，std::future提供了一个访问异步操做结果的机制，它和线程是一个级别的属于低层 次的对象，在它之上高一层的是std::packaged_task和std::promise，他们内部都有future以便访问异步操做结 果，std::packaged_task包装的是一个异步操做，而std::promise包装的是一个值，都是为了方便异步操做的，由于有时我须要获 取线程中的某个值，这时就用std::promise，而有时我须要获一个异步操做的返回值，这时就用std::packaged_task。那 std::promise和std::packaged_task之间又是什么关系呢？说他们不要紧也关系，说他们有关系也有关系，都取决于你了，由于我 能够将一个异步操做的结果保存到std::promise中。若是读者还没搞清楚他们的关系的话，我就用更通俗的话来解释一下。好比，一个小伙子给一个姑 娘表白真心的时候也许会说：”我许诺 会 给你一个美好的将来“或者”我会努力奋斗为你创造一个美好的将来“。姑娘每每会说：”我等着“。如今我来将这三句话用c++11来翻译一下：

小伙子说：我许诺会给你一个美好的将来等于c++11中"std::promise a std::future";
小伙子说：我会努力奋斗为你创造一个美好的将来等于c++11中"std::packaged_task a future";
姑娘说：我等着等于c++11中"future.get()/wait()";

小伙子两句话的个中差别，本身琢磨一下，这点差别也是std::promise和std::packaged_task的差别。现实中的山盟海 誓靠不靠得住我不知道，可是c++11中的许诺和将来是必定可靠的，发起来了许诺就必定有将来。细想起来c++11标准的制定者选定的关键字真是贴切而有 意思！好了，插科打诨到此了，如今言归正传，回过头来讲说std::async。

为何要用std::async代替线程的建立

std::async又是干啥的，已经有了td::future、std::promise和std::packaged_task，够多的 了，真的还要一个std::async来凑热闹吗，std::async表示很委屈：我不是来凑热闹的，我是来帮忙的。是的，std::async是为了 让用户的少费点脑子的，它让这三个对象默契的工做。大概的工做过程是这样的：std::async先将异步操做用std::packaged_task包 装起来，而后将异步操做的结果放到std::promise中，这个过程就是创造将来的过程。外面再经过future.get/wait来获取这个将来的 结果，怎么样，std::async真的是来帮忙的吧，你不用再想到底该怎么用std::future、std::promise和 std::packaged_task了，std::async已经帮你搞定一切了！

如今来看看std::async的原型async(std::launch::async | std::launch::deferred, f, args...)，第一个参数是线程的建立策略，有两种策略，默认的策略是当即建立线程：

• std::launch::async：在调用async就开始建立线程。
• std::launch::deferred：延迟加载方式建立线程。调用async时不建立线程，直到调用了future的get或者wait时才建立线程。

第二个参数是线程函数，第三个参数是线程函数的参数。

std::async基本用法：

std::future<int> f1 = std::async(std::launch::async, [](){ 
        return 8;  
    }); 

cout<<f1.get()<<endl; //output: 8

std::future<int> f2 = std::async(std::launch::async, [](){ 
        cout<<8<<endl;
    }); 

f2.wait(); //output: 8

std::future<int> future = std::async(std::launch::async, [](){ 
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
        return 8;  
    }); 
 
    std::cout << "waiting...\n";
    std::future_status status;
    do {
        status = future.wait_for(std::chrono::seconds(1));
        if (status == std::future_status::deferred) {
            std::cout << "deferred\n";
        } else if (status == std::future_status::timeout) {
            std::cout << "timeout\n";
        } else if (status == std::future_status::ready) {
            std::cout << "ready!\n";
        }
    } while (status != std::future_status::ready); 
 
    std::cout << "result is " << future.get() << '\n';

 

 可能的结果： waiting... timeout timeout ready! result is 8

总结：

std::async是更高层次上的异步操做，使咱们不用关注线程建立内部细节，就能方便的获取异步执行状态和结果，还能够指定线程建立策略，应该用std::async替代线程的建立，让它成为咱们作异步操做的首选。