我可以在不等待未来限制的情况下使用 std::async 吗？

Question

高级
我想在异步模式下调用一些没有返回值的函数，而无需等待它们完成。如果我使用 std::async 未来对象在任务结束之前不会破坏，这会使调用在我的情况下不同步。

示例

void sendMail(const std::string& address, const std::string& message)
{
    //sending the e-mail which takes some time...
}

myResonseType processRequest(args...)
{
    //Do some processing and valuate the address and the message...

    //Sending the e-mail async
    auto f = std::async(std::launch::async, sendMail, address, message);

    //returning the response ASAP to the client
    return myResponseType;

} //<-- I'm stuck here until the async call finish to allow f to be destructed.
  // gaining no benefit from the async call.

我的问题是

1. 有没有办法克服这个限制？
2. 如果 (1) 为否，我是否应该执行一次线程来获取那些“僵尸”期货并等待它们？
3. (1) 和 (2) 都没有，除了自己构建线程池还有其他选择吗？

注意：
我宁愿不使用线程+分离选项（由@galop1n 建议），因为创建一个新线程有我希望避免的开销。使用 std::async 时（至少在 MSVC 上）正在使用内部线程池。

谢谢。

Answer 1

您可以将未来移动到全局对象中，因此当本地未来的析构函数运行时，它不必等待异步线程完成。

std::vector<std::future<void>> pending_futures;

myResonseType processRequest(args...)
{
    //Do some processing and valuate the address and the message...

    //Sending the e-mail async
    auto f = std::async(std::launch::async, sendMail, address, message);

    // transfer the future's shared state to a longer-lived future
    pending_futures.push_back(std::move(f));

    //returning the response ASAP to the client
    return myResponseType;

}

注意如果异步线程引用了processRequest 函数中的任何局部变量，这是不安全的。

虽然使用 std::async（至少在 MSVC 上）使用的是内部线程池。

这实际上是不符合标准的，标准明确规定使用std::launch::async 运行的任务必须像在新线程中一样运行，因此任何线程局部变量不得从一个任务持续到另一个任务。不过这通常并不重要。

Answer 2

如果你不关心加入，为什么不直接启动一个线程并分离？

std::thread{ sendMail, address, message}.detach();   

std::async 绑定到它返回的 std::future 的生命周期，并且它们无法替代。

将 std::future 放入由其他线程读取的等待队列将需要与接收新任务的池相同的安全机制，例如容器周围的互斥锁。

那么，您最好的选择是使用线程池来使用直接推送到线程安全队列中的任务。而且它不依赖于具体的实现。

在采用任何可调用和参数的线程池实现之下，线程在队列上进行轮询，更好的实现应该使用条件变量 (coliru)：

#include <iostream>
#include <queue>
#include <memory>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <functional>
#include <string>

struct ThreadPool {
    struct Task {
        virtual void Run() const = 0;
        virtual ~Task() {};
    };   

    template < typename task_, typename... args_ >
    struct RealTask : public Task {
        RealTask( task_&& task, args_&&... args ) : fun_( std::bind( std::forward<task_>(task), std::forward<args_>(args)... ) ) {}
        void Run() const override {
            fun_();
        }
    private:
        decltype( std::bind(std::declval<task_>(), std::declval<args_>()... ) ) fun_;
    };

    template < typename task_, typename... args_ >
    void AddTask( task_&& task, args_&&... args ) {
        auto lock = std::unique_lock<std::mutex>{mtx_};
        using FinalTask = RealTask<task_, args_... >;
        q_.push( std::unique_ptr<Task>( new FinalTask( std::forward<task_>(task), std::forward<args_>(args)... ) ) );
    }

    ThreadPool() {
        for( auto & t : pool_ )
            t = std::thread( [=] {
                while ( true ) {
                    std::unique_ptr<Task> task;
                    {
                        auto lock = std::unique_lock<std::mutex>{mtx_};
                        if ( q_.empty() && stop_ ) 
                            break;
                        if ( q_.empty() )
                            continue;
                        task = std::move(q_.front());
                        q_.pop();
                    }
                    if (task)
                        task->Run();
                }
            } );
    }
    ~ThreadPool() {
        {
            auto lock = std::unique_lock<std::mutex>{mtx_};
            stop_ = true;
        }
        for( auto & t : pool_ )
            t.join();
    }
private:
    std::queue<std::unique_ptr<Task>> q_;
    std::thread pool_[8]; 
    std::mutex mtx_;
    volatile bool stop_ {};
};

void foo( int a, int b ) {
    std::cout << a << "." << b;
}
void bar( std::string const & s) {
    std::cout << s;
}

int main() {
    ThreadPool pool;
    for( int i{}; i!=42; ++i ) {
        pool.AddTask( foo, 3, 14 );    
        pool.AddTask( bar, " - " );    
    }
}

Answer 3

与其将未来移动到一个全局对象（并手动管理删除未使用的未来），您实际上可以将它移动到异步调用函数的本地范围 .

“让异步函数拥有自己的未来”，可以这么说。

我想出了这个适合我的模板包装器（在 Windows 上测试）：

#include <future>

template<class Function, class... Args>
void async_wrapper(Function&& f, Args&&... args, std::future<void>& future,
                   std::future<void>&& is_valid, std::promise<void>&& is_moved) {
    is_valid.wait(); // Wait until the return value of std::async is written to "future"
    auto our_future = std::move(future); // Move "future" to a local variable
    is_moved.set_value(); // Only now we can leave void_async in the main thread

    // This is also used by std::async so that member function pointers work transparently
    auto functor = std::bind(f, std::forward<Args>(args)...);
    functor();
}

template<class Function, class... Args> // This is what you call instead of std::async
void void_async(Function&& f, Args&&... args) {
    std::future<void> future; // This is for std::async return value
    // This is for our synchronization of moving "future" between threads
    std::promise<void> valid;
    std::promise<void> is_moved;
    auto valid_future = valid.get_future();
    auto moved_future = is_moved.get_future();

    // Here we pass "future" as a reference, so that async_wrapper
    // can later work with std::async's return value
    future = std::async(
        async_wrapper<Function, Args...>,
        std::forward<Function>(f), std::forward<Args>(args)...,
        std::ref(future), std::move(valid_future), std::move(is_moved)
    );
    valid.set_value(); // Unblock async_wrapper waiting for "future" to become valid
    moved_future.wait(); // Wait for "future" to actually be moved
}

我有点惊讶它的工作原理，因为我认为移动的未来的析构函数会阻塞，直到我们离开 async_wrapper。它应该等待 async_wrapper 返回，但它正在那个函数内部等待。从逻辑上讲，它应该是一个死锁，但事实并非如此。

我还尝试在async_wrapper的末尾添加一行来手动清空future对象：

our_future = std::future<void>();

这也不会阻塞。

Answer 4

您需要将future 设为指针。以下正是您要查找的内容：

std::make_unique<std::future<void>*>(new auto(std::async(std::launch::async, sendMail, address, message))).reset();

Live example

Answer 5

我不知道我在做什么，但这似乎有效：

// :( http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3451.pdf
template<typename T>
void noget(T&& in)
{
    static std::mutex vmut;
    static std::vector<T> vec;
    static std::thread getter;
    static std::mutex single_getter;
    if (single_getter.try_lock())
    {
        getter = std::thread([&]()->void
        {
            size_t size;
            for(;;)
            {
                do
                {
                    vmut.lock();
                    size=vec.size();
                    if(size>0)
                    {
                        T target=std::move(vec[size-1]);
                        vec.pop_back();
                        vmut.unlock();
                        // cerr << "getting!" << endl;
                        target.get();
                    }
                    else
                    {
                        vmut.unlock();
                    }
                }while(size>0);
                // ¯\_(ツ)_/¯
                std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
            }
        });
        getter.detach();
    }
    vmut.lock();
    vec.push_back(std::move(in));
    vmut.unlock();
}

它为你扔给它的每种类型的未来创建一个专用的 getter 线程（例如，如果你给它一个未来和未来，你将有 2 个线程。如果你给它 100 倍未来，你仍然只有 2 个线程），当有一个你不想处理的未来时，只需执行notget(fut); - 你也可以noget(std::async([]()->void{...})); 工作得很好，似乎没有阻塞。警告，not 在使用 noget() 之后尝试从未来获取值。那可能是 UB 和自找麻烦。