用C++11的std::async代替線程的創建

c++11中增加了線程，使得我們可以非常方便的創建線程，它的基本用法是這樣的：

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

　　但是線程畢竟是屬於比較低層次的東西，有時候使用有些不便，比如我希望獲取線程函數的返回結果的時候，我就不能直接通過thread.join()得到結果，這時就必須定義一個變量，在線程函數中去給這個變量賦值，然後join,最後得到結果，這個過程是比較繁瑣的。c++11還提供了異步接口std::async，通過這個異步接口可以很方便的獲取線程函數的執行結果。std::async會自動創建一個線程去調用線程函數，它返回一個std::future，這個future中存儲了線程函數返回的結果，當我們需要線程函數的結果時，直接從future中獲取，非常方便。但是我想說的是，其實std::async給我們提供的便利可不僅僅是這一點，它首先解耦了線程的創建和執行，使得我們可以在需要的時候獲取異步操作的結果；其次它還提供了線程的創建策略（比如可以通過延遲加載的方式去創建線程），使得我們可以以多種方式去創建線程。在介紹async具體用法以及爲什麼要用std::async代替線程的創建之前，我想先說一說std::future、std::promise和std::packaged_task。

std::future

　　std::future是一個非常有用也很有意思的東西，簡單說std::future提供了一種訪問異步操作結果的機制。從字面意思來理解，它表示未來，我覺得這個名字非常貼切，因爲一個異步操作我們是不可能馬上就獲取操作結果的，只能在未來某個時候獲取，但是我們可以以同步等待的方式來獲取結果，可以通過查詢future的狀態（future_status）來獲取異步操作的結果。future_status有三種狀態：

• deferred：異步操作還沒開始
• ready：異步操作已經完成
• timeout：異步操作超時

//查詢future的狀態
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); 

　　獲取future結果有三種方式：get、wait、wait_for，其中get等待異步操作結束並返回結果，wait只是等待異步操作完成，沒有返回值，wait_for是超時等待返回結果。

std::promise

　　std::promise爲獲取線程函數中的某個值提供便利，在線程函數中給外面傳進來的promise賦值，當線程函數執行完成之後就可以通過promis獲取該值了，值得注意的是取值是間接的通過promise內部提供的future來獲取的。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它包裝了一個可調用的目標（如function, lambda expression, bind expression, or another function object）,以便異步調用，它和promise在某種程度上有點像，promise保存了一個共享狀態的值，而packaged_task保存的是一個函數。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的關係

　　至此, 我們介紹了std::async相關的幾個對象std::future、std::promise和std::packaged_task，其中std::promise和std::packaged_task的結果最終都是通過其內部的future返回出來的，不知道讀者有沒有搞糊塗，爲什麼有這麼多東西出來，他們之間的關係到底是怎樣的？且聽我慢慢道來，std::future提供了一個訪問異步操作結果的機制，它和線程是一個級別的屬於低層次的對象，在它之上高一層的是std::packaged_task和std::promise，他們內部都有future以便訪問異步操作結果，std::packaged_task包裝的是一個異步操作，而std::promise包裝的是一個值，都是爲了方便異步操作的，因爲有時我需要獲取線程中的某個值，這時就用std::promise，而有時我需要獲一個異步操作的返回值，這時就用std::packaged_task。那std::promise和std::packaged_task之間又是什麼關係呢？說他們沒關係也關係，說他們有關係也有關係，都取決於你了，因爲我可以將一個異步操作的結果保存到std::promise中。如果讀者還沒搞清楚他們的關係的話，我就用更通俗的話來解釋一下。比如，一個小夥子給一個姑娘表白真心的時候也許會說：”我許諾會給你一個美好的未來“或者”我會努力奮鬥爲你創造一個美好的未來“。姑娘往往會說：”我等着“。現在我來將這三句話用c++11來翻譯一下：

小夥子說：我許諾會給你一個美好的未來等於c++11中"std::promise a std::future"; 
小夥子說：我會努力奮鬥爲你創造一個美好的未來等於c++11中"std::packaged_task a future"; 
姑娘說：我等着等於c++11中"future.get()/wait()";

　　小夥子兩句話的箇中差異，自己琢磨一下，這點差異也是std::promise和std::packaged_task的差異。現實中的山盟海誓靠不靠得住我不知道，但是c++11中的許諾和未來是一定可靠的，發起來了許諾就一定有未來。細想起來c++11標準的制定者選定的關鍵字真是貼切而有意思！好了，插科打諢到此了，現在言歸正傳，回過頭來說說std::async。

爲什麼要用std::async代替線程的創建

　　std::async又是幹啥的，已經有了td::future、std::promise和std::packaged_task，夠多的了，真的還要一個std::async來湊熱鬧嗎，std::async表示很委屈：我不是來湊熱鬧的，我是來幫忙的。是的，std::async是爲了讓用戶的少費點腦子的，它讓這三個對象默契的工作。大概的工作過程是這樣的：std::async先將異步操作用std::packaged_task包裝起來，然後將異步操作的結果放到std::promise中，這個過程就是創造未來的過程。外面再通過future.get/wait來獲取這個未來的結果，怎麼樣，std::async真的是來幫忙的吧，你不用再想到底該怎麼用std::future、std::promise和std::packaged_task了，std::async已經幫你搞定一切了！

　　現在來看看std::async的原型async(std::launch::async | std::launch::deferred, f, args...)，第一個參數是線程的創建策略，有兩種策略，默認的策略是立即創建線程：

• std::launch::async：在調用async就開始創建線程。
• std::launch::deferred：延遲加載方式創建線程。調用async時不創建線程，直到調用了future的get或者wait時才創建線程。

第二個參數是線程函數，第三個參數是線程函數的參數。

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';
可能的結果：
waiting...
timeout
timeout
ready!
result is 8

總結：

　　std::async是更高層次上的異步操作，使我們不用關注線程創建內部細節，就能方便的獲取異步執行狀態和結果，還可以指定線程創建策略，應該用std::async替代線程的創建，讓它成爲我們做異步操作的首選。

 

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