关于 std::async 与 std::launch::async 参数启动的线程的混淆答案

【问题标题】：Confusion about threads launched by std::async with std::launch::async parameter关于 std::async 与 std::launch::async 参数启动的线程的混淆
【发布时间】：2015-08-28 21:22:43
【问题描述】：

我对@987654321@ 函数有点困惑。

规范说：

“就像在新的执行线程中一样”执行异步操作（C++11 §30.6.8/11）。

现在，这是什么意思？

在我的理解中，代码

std::future<double> fut = std::async(std::launch::async, pow2, num);

应该在一个新线程上启动函数pow2并将变量num按值传递给线程，然后在将来某个时候，当函数完成时，将结果放在fut中（只要函数pow2 具有类似double pow2(double); 的签名）。但是规范声明“好像”，这让整个事情对我来说有点模糊。

问题是：

在这种情况下是否总是启动新线程？我希望如此。我的意思是，参数std::launch::async 是有意义的，我明确表示我确实想创建一个新线程。

还有代码

std::future<double> fut = std::async(std::launch::deferred, pow2, num);

应该通过延迟 pow2 函数调用到我写类似 var = fut.get(); 的点来使 惰性评估 成为可能。在这种情况下，参数std::launch::deferred 应该意味着我明确说明，我不想要一个新线程，我只是想确保在需要返回值时调用该函数。

我的假设正确吗？如果不正确，请解释一下。

另外，我知道函数默认调用如下：

std::future<double> fut = std::async(std::launch::deferred | std::launch::async, pow2, num);

在这种情况下，我被告知是否会启动新线程取决于实现。再说一遍，这是什么意思？

【问题讨论】：

“好像”意味着它理论上可以重用现有线程（例如，在线程池中），只要行为无法区分。实际上，很少有（如果有的话）实现这样做，因为“好像一个新线程”要求您销毁并重新创建所有线程局部变量。
@T.C.或实现（重）协程局部变量。让每个线程获得一个默认协程，thread_local 是本地协程。 async 可以创建一个协程，该协程可以放入另一个线程并运行。即，在操作系统提供的线程模型之上模拟线程（使用协程）？
我注意到std::async 坏了，是真的吗？
@DavidHaim 异步操作并不意味着“在另一个线程上”。它只是意味着发生时没有与另一个动作同步（在这种情况下，同步是在另一个动作完成时）。这可能意味着在另一个线程上......或其他七十二个东西。
@TheFloatingBrain 你从哪里“听到”的？并定义“破碎”。我觉得很好。

标签： c++ multithreading c++11 future stdthread

【解决方案1】：

std::async（<future> 标头的一部分）函数模板用于启动（可能）异步任务。它返回一个std::future对象，该对象最终会保存std::async的参数函数的返回值。

当需要该值时，我们在std::future 实例上调用get()；这会阻塞线程，直到未来准备好，然后返回值。可以将std::launch::async 或std::launch::deferred 指定为std::async 的第一个参数，以指定任务的运行方式。

std::launch::async 表示函数调用必须在其自己的（新）线程上运行。（考虑用户@T.C. 的评论）。
std::launch::deferred 表示函数调用将被推迟到将来调用wait() 或get()。在这种情况发生之前，未来的所有权可以转移到另一个线程。
std::launch::async | std::launch::deferred 表示实现可以选择。这是默认选项（当您自己不指定时）。它可以决定同步运行。

在这种情况下是否总是启动新线程？

从1.开始，我们可以说总是启动一个新线程。

我的假设 [关于 std::launch::deferred] 是否正确？

从2.，我们可以说你的假设是正确的。

这是什么意思？ [关于是否启动新线程，取决于实现]

从3.开始，由于std::launch::async | std::launch::deferred是默认选项，这意味着模板函数std::async的实现将决定是否创建一个新线程。这是因为某些实现可能会检查是否过度调度。

警告

以下部分与您的问题无关，但我认为记住这一点很重要。

C++ 标准规定，如果 std::future 持有与调用异步函数对应的共享状态的最后一个引用，则 std::future 的析构函数必须阻塞，直到异步运行函数的线程完成。因此，std::async 返回的 std::future 实例将阻塞在其析构函数中。

void operation()
{
    auto func = [] { std::this_thread::sleep_for( std::chrono::seconds( 2 ) ); };
    std::async( std::launch::async, func );
    std::async( std::launch::async, func );
    std::future<void> f{ std::async( std::launch::async, func ) };
}

这个误导性的代码会让你认为std::async 调用是异步的，它们实际上是同步的。 std::async 返回的 std::future 实例是临时的，并且会阻塞，因为它们的析构函数在 std::async 返回时被正确调用，因为它们没有分配给变量。

对std::async 的第一次调用将阻塞 2 秒，然后从对std::async 的第二次调用再阻塞 2 秒。我们可能认为最后一次调用std::async 不会阻塞，因为我们将其返回的std::future 实例存储在一个变量中，但由于这是一个在作用域结束时被销毁的局部变量，它实际上会阻塞当局部变量 f 被销毁时，在函数作用域结束时再增加 2 秒。

换句话说，调用operation() 函数将阻塞同步调用它的任何线程大约6 秒。未来版本的 C++ 标准中可能不存在此类要求。

我用来编写这些笔记的信息来源：

C++ 并发实践：实用多线程，Anthony Williams

Scott Meyers 的博文：http://scottmeyers.blogspot.ca/2013/03/stdfutures-from-stdasync-arent-special.html

【讨论】：

澄清一下，如果你在你的例子中将std::async的普通调用更改为auto t1 = std::async(...);，阻塞时间将只有2秒左右，对吧？
@AdamHunyadi 如果你指的是总阻塞时间 - 是的，因为三个不同的线程会同时休眠。
谢谢！当我强制异步启动时，我不知道为什么我的调用线程被阻塞了。

【解决方案2】：

我也对此感到困惑，并在 Windows 上进行了快速测试，结果表明异步未来将在操作系统线程池线程上运行。一个简单的应用程序可以证明这一点，在 Visual Studio 中爆发也会显示名为“TppWorkerThread”的正在执行的线程。

#include <future>
#include <thread>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    cout << "main thread id " << this_thread::get_id() << endl;

    future<int> f1 = async(launch::async, [](){
        cout << "future run on thread " << this_thread::get_id() << endl;
        return 1;
    });

    f1.get(); 

    future<int> f2 = async(launch::async, [](){
        cout << "future run on thread " << this_thread::get_id() << endl;
        return 1;
    });

    f2.get();

    future<int> f3 = async(launch::async, [](){
        cout << "future run on thread " << this_thread::get_id() << endl;
        return 1;
    });

    f3.get();

    cin.ignore();

    return 0;
}

将产生类似于以下内容的输出：

main thread id 4164
future run on thread 4188
future run on thread 4188
future run on thread 4188

【讨论】：

应该去掉 f1.get() f2.get() f3.get()
这将使此示例中的函数在不同的线程上运行，但如果您修改此示例以生成 100,000 个期货，然后定期中断异步函数，您将在 Visual Studio 线程调试器中看到相同的几个线程正在被重复使用。

【解决方案3】：

实际上并非如此。添加thread_local 存储值，您会看到，实际上std::async run f1 f2 f3 任务在不同的线程中，但具有相同的std::thread::id

【讨论】：