2018 August 19 C++, 并发, async, future

C++并发 - async() 和 Future

1. 为程序添加并行处理

#include
传递某些可并行执行的函数，交给std::async( )作为一个可调用对象
将执行结果赋值给一个fucture object
当需要那个被启动函数的执行结果，或当你想确保该函数结束，就对future< >object调用get( )
```
    future<int> result1(async(Func1));
    int result2 = Func2();
    int result = result1.get() + result2;
```
注意：这只适用于不发生data race(数据竞争)的情况下，data race指两个线程并发使用同一个数据而导致不可预期的行为:
future<> object如果没有调用get( )就不能保证其函数一定被调用，如果async无法立即启动它所受到的函数，就会推迟调用，使得当程序“调用get( )来表示一定要执行目标函数”时才会被调用。
如果传递给async( )的函数不返回任何东西，async( )就会产出一个future对象，这是fucture< >的一个偏特化版，这种情况下调用get( ) 将会返回void。
传递给async( )的参数可以是任何类型的可调用对象（callable object）: 可以是函数、成员函数、函数对象或lambda, std:: async( [ ]{ ... } );
async( )提供一种编程环境，可以并行启动某些“稍后（当get( )被调用时）才会用到其结果”的动作。

可以强迫async( )绝不推迟目标函数的执行，只要明确传入一个launch策略用以指挥async( )，告诉它当它被调用时应该明确地以异步方式启动目标函数：
```
std::future<long> result = std::async(std::launch::async, func1);
```
如果异步调用在此处无法实现，程序会抛出一个std::system_error异常。
使用async发射策略后，就不必非得调用get( )了，因为当future object离开作用域时，程序会等待后台任务结束。

尽管如此，程序结束前调用get( )会让行为更加清晰。

同样，可以强制延缓执行（deferred execution）,从而允许延缓执行函数，直到调用get( )
```
std::future<long> result = std::async(std::launch::deferred, func1);
```

future object对象调用get( )也能处理异常，事实上当get( )被调用时，且后台操作已经终止，该异常不会在此线程内被处理，而是会被再次传播出去。因此要处理后台操作发生的异常，只需要对get( )作出以同步方式调用该操作所做的相同操作即可。

auto f1 = async(task1);
try{
    f1.get();
}catch(const exception& e){
    cerr << "Exception: "<<e.what() <<endl;
}

一个future< >只能调用get( )一次，之后future就处于无效状态，而这种状态只能借由“对future调用valid( )”来检测，之后对它的任何调用（析构除外）会导致不可预期的行为。
future提供一个接口，允许等待后台操作完成而不需要处理其结果，这个接口可被调用一次以上；也可以结合一个duration( 时间段)或timepoint( 时间点 )以限制等待时间。

强制启动线程并等待后台操作完成：

std::future<...> f(async(func));
...
f.wait(); //等待函数调用完成

函数中的操作等待一段时间：

std::future<...> f(async(func));
f.wait_for(std::chrono::seconds(10)); //函数func内的操作等待10s

函数中的操作等待直到达到某特定时间点：

std::future<...> f(async(func));
f.wait_until(std::system_clock::now() + std::chrono::minutes(1));

future< >的wait_for( )和wait_until( )都返回以下三个东西之一：
- std::future_status::deferred: 如果async( )延缓了操作而程序中又完全没有调用wait( )或get( )，这种情况下上述两个函数都会立刻返回
- std::future_status::timeout : 如果某个操作被异步启动但尚未结束，而waiting有已逾期，则返回
- std::future_status::ready : 如果操作已经完成
如果传入一个zero时间段，或者是一个过去事件点，则就可以仅轮询（poll）是否有个后台任务已经启动，或者是否它正在运行中： ``` c++ std::future<…> f(async(func)); while(f.wait_for(chrono::seconds(0) != future_status::ready)){

}

## 5. 传递参数
1. 使用lambda:
传值：
``` c++
char c = 'a';
auto f = async([=]{ DoSomething(c);});

传引用：需要保持参数的生命，直到后台操作完成为止

char c = 'a';
auto f = async([&]{ DoSomething(c);});

使用async 传递参数：传值方式 char c = ‘a’; auto f = async(DoSomething, c);
6. Shared Future
所有shared future object共享所谓shared state, 用来存放目标函数的运行结果。所以shared_future可以多次调用get( )，导致相同结果，或者是导致抛出同一个异常。
创建shared future的方式：
- 通过async( )函数创建（不能用auto）： shared_future<int> f = async(func);
- 通过.share( )函数创建( 可以用auto ) ： auto f = async( func ).share( );
可以通过传递引用的方式传递shared_future,但是这种情况就不再是“使用多个shared future object而由它们共享同一个shared state”,而是“使用shared future object执行多次get( )”。然而这种做法风险较高，因为此时必须要确保shared_future 对象的寿命。