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C++11异步编程 — async和future

C++11引入了async和future机制，用于简化异步编程和并发操作。这两个组件位于<future>头文件中，提供了高级的异步任务管理接口。

一、async

1.定义

std::async

std::async是一个函数模板，用于启动一个异步任务。它返回一个std::future对象，该对象可以用来获取异步任务的结果。std::async的执行方式可以通过std::launch策略来控制。如下：

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

2.主要功能

①启动一个异步任务，返回一个future对象。

②启动策略：

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

launch::async :强制在新线程中启动异步任务。

launch::deferred：延迟执行，只有当future的get()或者wait函数被调用时，任务才会在调用线程中执行。

默认策略（不指定） - 由实现决定，可能是异步或延迟

二、future

1.定义：

future是一个类模板，用于存储异步执行结果，它提供了一种机制，允许用户在某个异步操作完成时获取其结果。std::future对象可以与线程、异步任务或其他并发操作相关联。

2.主要功能

①通过std::future的get()方法，可以获取异步操作的结果。如果异步操作尚未完成，get()会阻塞当前线程，直到结果可用。

②它提供了以下主要方法：

1. get() - 获取结果（如果结果未准备好会阻塞）
2. wait() - 等待结果可用（阻塞但不获取结果）
3. wait_for()/wait_until() - 带超时的等待
4. valid() - 检查future是否关联了共享状态

三、 std::async和std::future的使用场景

1.异步任务处理：适用于需要在后台执行耗时操作，而主线程可以继续执行其他任务的场景。

2.多线程数据共享：通过std::future获取异步任务的结果，避免了直接使用线程时可能出现的线程同步问题。

3.简化并发编程：提供了一种简洁的方式来实现异步任务的启动和结果获取，降低了并发编程的复杂性。

四、注意事项：

1.如果不保留async返回的future对象，其析构函数会阻塞等待任务完成（类似于隐式join）。

2.线程安全：std::future和std::async是线程安全的，但用户需要确保在使用std::future的get()方法时，不会出现对同一std::future对象的多次调用，future::get()只能调用一次，调用后future变为无效。

3.资源管理：std::future对象在析构时会自动销毁关联的异步任务，但如果任务尚未完成，可能会导致资源泄漏或未定义行为。

4.性能考虑：虽然std::async可以自动选择执行策略，但在某些情况下，显式指定std::launch::async或std::launch::deferred可以更好地控制任务的执行方式，从而优化性能。

示例代码：

#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";
}

代码运行结果：

好了，关于async和future的介绍就到这里了。