本文承接前文 現代 C++ 對多執行緒/并發的支持（上），翻譯自 C++ 之父 Bjarne Stroustrup 的 C++ 之旅（A Tour of C++）一書的第 13 章 Concurrency，本文將繼續介紹 C++ 并發中的 future/promise，packaged_task 以及 async() 的用法，
- 13.7 通信任務
- 13.7.1 future 和 promise
- 13.7.2 packaged_task
- 13.7.3 async()
- 13.8 建議
13.7 通信任務
標準庫還在頭檔案 <future> 中提供了一些機制，能夠讓編程人員基于更高的抽象層次任務來開發，而不是直接使用低層的執行緒、鎖：
future和promise：用于從任務（另一個執行緒）中回傳一個值packaged_task：幫助啟動任務，封裝了future和promise，并且建立兩者之間的關聯async()：像呼叫一個函式那樣啟動一個任務，形式最簡單，但也最強大！
13.7.1 future 和 promise
future 和 promise 可以在兩個任務之間傳值，而無需顯式地使用鎖，實作了高效地資料傳輸，其基本想法很簡單：當一個任務向另一個任務傳值時，把值放入 promise，通過特定的實作，使得值可以通過與之關聯的 future 讀出（一般誰啟動了任務，誰從 future 中取結果），
假如有一個 future<X> 叫 fx，我們可以通過 get() 獲取型別 X 的值：
X v = fx.get(); // if necessary, wait for the value to get computed
如果值還沒有計算出，則呼叫 get() 的執行緒阻塞，直到有值回傳，如果值無法計算出，get()可能拋出例外，
promise 的主要目的是提供一個簡單的“put”的操作（set_value 或 set_exception），和 future 的 get() 相呼應，
如果你有一個 promise，需要發送一個型別為 X 的結果到一個 future，你要么傳遞一個值，要么傳遞一個例外，舉個例子：
void f(promise<X>& px) // 一個任務：把結果放入 px
{
try {
X res;
// 計算 res 的值
px.set_value(res);
}
catch(...) { // 如果無法計算 res 的值
px.set_exception(current_exception()); // 傳例外到 future 的執行緒
}
}
current_exception() 即捕獲到的例外，
要處理通過 future 傳遞的例外，get() 的呼叫者必須在什么地方捕獲，例如：
void g(future<X>& fx) // 一個任務；從 fx 提取結果
{
try {
X v = fx.get(); // 如有必要，等待值計算完成
// 使用 v
}
catch(...){ // 無法計算 v
// 錯誤處理
}
}
如果 g() 不需要自己處理錯誤，代碼可以進一步簡化：
void g(future<X>& fx) // 一個任務；從 fx 提取結果
{
X v = fx.get(); // 如有必要，等待值計算完成
// 使用 v
}
思考：
future和promise是怎么關聯起來的？
13.7.2 packaged_task
如何把 future 放入一個需要結果的任務，并且把與之關聯的、產生結果的 promise 放入執行緒？packaged_task 可以簡化任務的設定，關聯 future/promise，packaged_task 封裝了把回傳值或例外放入 promise 的操作，并且呼叫 packaged_task 的 get_future() 方法，可以得到一個與 promise 關聯的 future，舉個例子，我們可以設定兩個任務，借助標準庫的 accumulate() 分別累加 vector<double> 的前后部分：
double accum (double* beg, double* end, double init) // 計算以 init 為初值，[beg,end) 的和
{
return accumulate(beg,end,init);
}
double comp2(vector<double>& v)
{
using Task_type = double(double*,double*,double); // 任務的型別
packaged_task<Task_type> pt0 {accum}; // 打包任務（即 accum）
packaged_task<Task_type> pt1 {accum};
future<double> f0 {pt0.get_future()}; // 取得 pt0 的 future
future<double> f1 {pt1.get_future()}; // 取得 pt1 的 future
double* first = &v[0];
thread t1{move(pt0),first,first+v.size()/2,0}; // 為 pt0 啟動執行緒
thread t2{move(pt1),first+v.size()/2,first+v.size(),0}; // 為 pt1 啟動執行緒
return f0.get() + f1.get();
}
packaged_task 模板以任務的型別（Task_type，double(double*,double*,double) 的別名）作為其模板引數，以任務（accum）作為其建構式的引數，move() 操作是必要的，因為 packaged_task 不可拷貝（只能移動），packaged_task 不可拷貝是因為它是一個資源處理程式（resource handler），擁有 promise 的所有權，并且（間接地）負責與之關聯的任務可能擁有的資源，
請注意，這里的代碼沒有顯式地使用鎖：我們能夠專注于要完成的任務，而不是來管理它們通信的機制，這兩個任務在不同的執行緒中執行，具有了潛在的并發性，
13.7.3 async()
我在本章所追求的思路，最簡單，但也非常強大：把任務看成是一個恰巧可能和其他任務同時運行的函式，這并不是 C++ 標準庫所支持的唯一模型，但它能很好地滿足各類廣泛的需求，其他更微妙、棘手的模型，如依賴于共享記憶體的編程風格也可以根據實際需要使用，
要啟動潛在異步執行的任務，我們可以用 async()：
double comp4(vector<double>& v) // 如果 v 足夠大，派生多個任務
{
if(v.size()<10000) // 犯得著用并發嗎？
return accum(v.begin(),v.end(),0);
auto v0 = &v[0];
auto sz = v.size();
auto f0 = async(accum,v0,v0+sz/4,0.0);
auto f1 = async(accum,v0+sz/4,v0+sz/2,0.0);
auto f2 = async(accum,v0+sz/2,v0+sz*3/4,0.0);
auto f3 = async(accum,v0+sz*3/4,v0+sz,0.0);
return f0.get()+f1.get()+f2.get()+f3.get(); // 收集 4 部分的結果，求和
}
大體上，async() 把“呼叫部分”和“獲取結果部分“分離開來，并且將兩者和實際執行的任務分離，使用 async() 你不需要考慮執行緒、鎖；你只要從任務（潛在地、異步地計算結果）的角度去考慮就可以了，async() 也有明顯的限制：使用了共享資源、需要上鎖的任務無法使用 async()，你甚至不知道會用到多少執行緒，這完全是由 async() 決定的，它會根據呼叫時系統可用資源的情況，決定使用多少執行緒，例如，async() 在決定使用幾個執行緒前，會檢查有多少核心（處理器）空閑，
示例代碼中的猜測計算開銷和啟動執行緒的相對開銷（v.size()<10000）只是一個很原始、粗略的性能估計，這里不適合展開討論怎么去管理執行緒，但這個估計僅僅是一個簡單（可能很爛）的猜測，
請注意，async()不僅僅是專門用于并行計算、提高性能的機制，例如，它也能用于派生任務，從用戶獲取輸入，讓“主程式”忙其他事情，
13.8 建議
- 使用并發改善回應性和吞吐量
- 盡可能在最高級別的抽象上作業（比如優先考慮 async、packaged_task 而不是 thread、mutex）
- 考慮使用行程作為執行緒的替代方案
- 標準庫的并發支持是型別安全的
- 記憶體模型把多數程式員從考慮機器架構的作業中解放出來
- 記憶體模型使得記憶體的表現和我們的預期基本一致
- 原子操作為無鎖編程提供了可能性
- 把無鎖編程留給專家
- 有時順序操作比起并發更簡單、更快
- 避免資料競爭（不受控地同時訪問可變資料）
std::thread是型別安全的系統執行緒介面- 用
join()等待一個執行緒結束 - 盡量避免顯式共享資料
- 用
unique_lock管理 mutexes - 用
lock()一次性獲取多個鎖 - 用
condition_variable管理執行緒之間的通信 - 從（可以并行執行的）任務的角度思考，而非執行緒
- 不要低估“簡單性”的價值
- 選擇
packaged_task和future，而不是直接使用thread和mutex - 用
promise回傳結果，從future獲取結果 - 用
packaged_task處理任務拋出的例外或回傳值 - 用
packaged_task和future來表示對外部服務的請求，以及等待其回復 - 用
async()啟動簡單的任務
原文地址：來自 C++ 之父的多執行緒編程建議——現代 C++ 對多執行緒/并發的支持（下）
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標籤：C++