C++11并发与多线程笔记（10） future其他成员函数、shared_future、atomic

1、std::future 的成员函数

1.1 std::future_status

status = result.wait_for(std::chrono::seconds(几秒));

卡住当前流程，等待std::async()的异步任务运行一段时间，然后返回其状态std::future_status。如果std::async()的参数是std::launch::deferred（延迟执行），则不会卡住主流程。
std::future_status是枚举类型，表示异步任务的执行状态。类型的取值有

• std::future_status::timeout
• std::future_status::ready
• std::future_status::deferred

#include 
#include 
using namespace std;
 
int mythread() {
	cout << "mythread() start" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	std::chrono::milliseconds dura(5000);
	std::this_thread::sleep_for(dura);
	cout << "mythread() end" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	return 5;
}

int main() {
	cout << "main" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	std::future<int> result = std::async(mythread);
	cout << "continue........" << endl;
	//cout << result1.get() << endl; //卡在这里等待mythread()执行完毕，拿到结果
	//等待6秒
    std::future_status status = result.wait_for(std::chrono::seconds(6));
	if (status == std::future_status::timeout) {
		//超时：表示线程还没有执行完
		cout << "超时了，线程还没有执行完" << endl;
	}else if(status==std::future_status::ready){
		cout<<"线程成功执行完毕，返回"<<endl;
		cout<<result.get()<,endl;
	}else if(status==std::future_status::deferred){
		//如果async的第一个参数被设置为std::launch::deferred,则本条件成立
		cout<<"线程被延迟！！"<<endl;//mythread在主线程执行
		cout<<result.get()<,endl;
	}
	cout<<"I love China!"<<endl;
	return 0;
}

注意：get()只能使用一次。get()函数的设计是一个移动语义，相当于将result中的值移动了，再次get就报告了异常。

2、std::shared_future：也是个类模板

• std::future的 get() 成员函数是转移数据
• std::shared_future 的 get()成员函数是复制数据

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
 
int mythread() {
	cout << "mythread() start" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	std::chrono::milliseconds dura(5000);
	std::this_thread::sleep_for(dura);
	cout << "mythread() end" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	return 5;
}

void mythread2(std::shared_future<int> &tmpf){//此时使用shared_future
	cout<<"mythread2() start"<<"threadid="<<std::this_thread::get_id()<<endl;
	auto result=tmpf.get();//可以get多次
	cout<<"mythread2 result="<<result<,endl;
}
int main() {
	cout << "main" << "threadid = " << std::this_thread::get_id() << endl;
	std::packaged_task<int()> mypt(mythread);
	std::thread t1(std::ref(mypt));
	std::future<int> result = mypt.get_future();
	
	bool ifcanget = result.valid(); //判断future中的值是不是一个有效值
	//方法1
	std::shared_future<int> result_s(result.share()); //执行完毕后result_s里有值，而result里空了
	//方法2
	//std::shared_future result_s(std::move(result));
	//方法3
    //通过get_future返回值直接构造一个shared_future对象
    //std::shared_future result_s(mypt.get_future());
    t1.join();
	
	auto myresult1 = result_s.get();
	auto myresult2 = result_s.get();
 	
 	std:: thread t2(mythread2,std::ref(result_s));
 	t2.join();//等待线程执行完毕
	cout << "good luck" << endl;
	return 0;
}

3、std::atomic原子操作

3.1 原子操作概念引出范例：

互斥量：多线程编程中用于保护共享数据：先锁住-> 操作共享数据->解锁。

有两个线程，对一个变量进行操作，一个线程读这个变量的值，一个线程往这个变量中写值。

(1) 即使是一个简单变量的读取和写入操作，如果不加锁，也有可能会导致读写值混乱（一条C++语句会被拆成3、4条汇编语句来执行，所以仍然有可能混乱）

#include 
#include 
using namespace std;
int g_count = 0;
 
void mythread1() {
	for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
		g_count++;
	}
	return;
}
 
int main() {
	std::thread t1(mythread1);
	std::thread t2(mythread1);
	t1.join();
	t2.join();
	cout << "正常情况下结果应该是200 0000次，实际是" << g_count << endl;
}

原因：一条C++语句会被拆成3、4条汇编语句，线程上下文切换就有可能打乱。

(2)如果使用互斥量 mutex解决这个问题

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
int g_count = 0;
std::mutex mymutex;

void mythread1() {
	for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
		std::unique_lock<std::mutex> u1(mymutex);
		g_count++;
	}
}
 
 
int main() {
	std::thread t1(mythread1);
	std::thread t2(mythread1);
	t1.join();
	t2.join();
	cout << "正常情况下结果应该是200 0000次，实际是" << g_count << endl;
}

3.2 基本的std::atomic用法范例

可以把原子操作理解成一种：不需要用到互斥量加锁（无锁）技术的多线程并发编程方式。

原子操作：在多线程中不会被打断的程序执行片段。
从效率上来说，原子操作要比互斥量的方式效率要高。

互斥量的加锁一般是针对一个代码段，而原子操作针对的一般都是一个变量。

原子操作，一般都是指“不可分割的操作”；也就是说这种操作状态要么是完成的，要么是没完成的，不可能出现半完成状态。

std::atomic来代表原子操作，是个类模板。其实std::atomic是用来封装某个类型的值的

案例1：

#include 
#include 
#include  //添加#include 头文件
using namespace std;
std::atomic<int> g_count = 0; //封装了一个类型为int的 对象（值）

void mythread1() {
	for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
		g_count++;//对应的的操作是原子操作（不会被打断)
	}
}
 
int main() {
	std::thread t1(mythread1);
	std::thread t2(mythread1);
	t1.join();
	t2.join();
	cout << "正常情况下结果应该是200 0000次，实际是" << g_count << endl;
}

案例2（bool 案例）：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
std::atomic<bool> g_ifEnd = false; //封装了一个类型为bool的 对象（值）
 
void mythread() {
	std::chrono::milliseconds dura(1000);//1s
	while (g_ifEnd == false) {
	//系统没要求线程退出,所以本线程可以干自己想干的事情
		cout << "thread id = " << std::this_thread::get_id() << "运行中" << endl;
		std::this_thread::sleep_for(dura);
	}
	cout << "thread id = " << std::this_thread::get_id() << "运行结束" << endl;
}
 
int main() {
	std::thread t1(mythread);
	std::thread t2(mythread);
	std::chrono::milliseconds dura(5000);//5s
	std::this_thread::sleep_for(dura);
	g_ifEnd = true;//对原子对象的写操性，让线程自行运行结束;
	t1.join();
	t2.join();
	cout << "程序执行完毕" << endl;
}

总结：

1. 原子操作一般用于计数或者统计（如累计发送多少个数据包，累计接收到了多少个数据包），多个线程一起统计，这种情况如果不使用原子操作会导致统计发生混乱。

2. 写商业代码时，如果不确定结果的影响，最好自己先写一小段代码调试。或者不要使用。