一、参考
二、总结1. 结构化并发是什么-概述
是什么:一种确保子操作在父操作之前完成的方式,类似函数在调用函数之前完成。
最典型的结构化并发:C++20的协程
意义:它通过使异步生存期与普通C++词法作用域相对应,为异步程序带来了现代C++风格,并且不需要引用计数(智能指针,垃圾回收)来管理对象的生命周期
总结:即使在并发环境中,函数嵌套调用时参数的作用域也是严格嵌套的,不需要用智能指针(shared_ptr)之类的技术,也不会发生不小心的内存泄露–对象的生命周期
2. 为什么需要结构化并发2.1 结构化编程
具有严格的嵌套作用域和生命周期,并发情况下需考虑
2.2 多线程编程的困境
并发场景下编程难度大:
①对象生命周期已经结束,但是其他线程仍需要访问,会导致悬空引用问题,此时需要智能指针通过引用计数来管理其生命周期
②与作用域相关的生命周期不清晰
2.3 非结构化并发
非结构化异步编程很难保证正确性和效率,且编程复杂,且没有办法强制要求子任务在父任务之前完成
3. 结构化并发-深入3.1 库
协程:Lewis Baker’s popular cppcoro library
提升:
①只需要一个函数
②状态保存在本地变量,而不需要保存在需要的引用计数的共享变量
③可使用一般的c++错误处理技术
④从结构保证了子操作在父操作之前完成
3.2 取消机制
从结构保证了子操作在父操作之前完成(也就是说,如果父操作先完成,需要等待子操作)
为了避免为不再需要结果的子操作等待不必要的长时间,我们需要一种能够取消这些子操作的机制,以便它们快速完成。
3.3 结构化并发>协程
结构化并发:特定模式中的回调,可以在没有协程的情况下实现结构化并发
4. 程序示例
场景:存在一个子操作,父任务需要此操作的结果
编译运行环境:ubuntu22.04.3
①单线程:主线程等待子线程结束
耗时操作:computeResult
调用者:doThing
#include #include struct State{int result;};// synchronousvoid computeResult(State & s){int time = 30;sleep(time);// 用sleep模拟耗时操作s.result = time;}int doThing() {State s;computeResult(s);return s.result;}int main(){std::cout << "result: " << doThing() << std::endl;}// compile: g++ main.cpp// output: result:30
关注State s;的声明周期
②使用std::future:获取子线程的结果
#include #include #include struct State{ int result;};int computeResult(State &s){ int time = 30; sleep(time); s.result = time; std::cout << "p1" << std::endl; return 1;}std::future doThing() { std::cout << "p2" << std::endl; State s; std::future fut = std::async(computeResult, s); return fut;}int main(){ std::cout << "p3" << std::endl; auto fut = doThing(); std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;}// compile: g++ main.cpp// 编译阶段不通过: 无法传递引用类型的函数参数// main.cpp:24:38: error: no matching function for call to ‘async(int (&)(State&), State&)’// 24 | std::future fut = std::async(computeResult, s);
注意State s;的生命周期,使用智能指针shared_ptr管理State s;
#include #include #include struct State{ int result;};int computeResult(std::shared_ptr s){ int time = 30; sleep(time); (*s).result = time; std::cout << "p1" << std::endl; return 1;}std::future doThing() { std::cout << "p2" << std::endl; std::shared_ptr s = std::make_shared(); std::future fut = std::async(computeResult, s); // std::async可以传递带有函数及其参数(参数是引用类型无法会出错),但是boost::async传不了多个参数-解决:使用std::bind绑定 return fut; // std::future没有类似boost::future的then函数}int main(){ std::cout << "p3" << std::endl; auto fut = doThing(); std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;}// compile: g++ main.cpp// output:/*p3p2result:p11*/
②使用boost::future获取结果:父操作需要子操作的结果
参考:http://www.bryh.cn/a/142977.html
注意:使用boost::future需要设置宏#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE
// 写法一#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE_CONTINUATION#include #include #include struct State{ int result;};// asynchronousboost::future computeResult(State &s){ int time = 30; sleep(time); s.result = time; std::cout << "p1" << std::endl;}boost::future doThing() { State s; auto fut = computeResult(s); std::cout << "p2" << std::endl; return fut.then( [&](auto&&) { return s.result; }); //OOPS}int main(){ std::cout << "p3" << std::endl; auto fut = doThing(); std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;}// compile: g++ main.cpp -lboost_thread// output: /*p3p1p2terminate called after throwing an instance of 'boost::wrapexcept' what(): boost: mutex lock failed in pthread_mutex_lock: Invalid argument已放弃 (核心已转储)*/// 写法二#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE_CONTINUATION#include #include #include #include #include struct State{ int result;};int computeResult(State &s){ std::cout << "p1" << std::endl; int time = 30; sleep(time); s.result = time; return 1;}boost::future doThing() { std::cout << "p2" << std::endl; State s; boost::future fut = boost::async(boost::bind(computeResult, s)); return fut.then( [&](auto&&) { return s.result; }); //OOPS}int main(){ std::cout << "p3" << std::endl; auto fut = doThing(); std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;}// compile: g++ main.cpp -lboost_thread// output: /*p3p2result:p121978*/
写法一问题:State s;的声明周期:其超出doThing作用域范围消亡时,computeResult仍可能在访问或使用这个变量,此时引用悬空,引发程序崩溃,即当computeResult线程试图访问或修改已经被销毁的State
对象时,会发生未定义的行为。在这种情况下,尝试从返回的future
对象中获取结果可能会导致不可预测的结果或程序崩溃。
写法二问题:未获取到正确的值,因为s
是局部的,并且当doThing
返回时会被销毁,所以尝试访问它的result
成员是未定义的行为(标记为”OOPS”)
解决:使用智能指针shared_ptr管理
#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE_CONTINUATION#include #include #include #include #include struct State{ int result;};int computeResult(std::shared_ptr s){ std::cout << "p1" << std::endl; int time = 30; sleep(time); (*s).result = time; return 1;}boost::future doThing() { std::cout << "p2" << std::endl; std::shared_ptr s = std::make_shared(); boost::future fut = boost::async(boost::bind(computeResult, s)); return fut.then( [&](auto&&) { return (*s).result; });}int main(){ std::cout << "p3" << std::endl; auto fut = doThing(); std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;}// compile: g++ main.cpp -lboost_thread// output: /*p3p2result:p130*/
④使用结构化并发:cppcoro库—一个用于C++20的协程库,它提供了一个轻量级和易于使用的协程支持
未实际编译
cppcoro::task computeResult(State & s); cppcoro::task doThing() { State s; co_await computeResult(s); co_return s.result;}
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