并发线程 ( 3 ) - C++多线程并发同步【详解：条件变量/安全队列/future/promise/packaged_task/boost::thread_group等使用】

梦里梦外; 2024-03-16 13:00 9阅读 0赞

## 系列文章目录 ##

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***`青春是薄脆的蛋壳，你总要打破它，去经历风吹雨淋，在历练中成长。`***  
*`Youth is tucking eggshell, you always want to break it, to experience the wind rain, grow in experience.`*

#### 如何线程间同步 ####

*  系列文章目录
 *  1、如何使用条件变量std::condition\_variable线程同步？
 *  2、如何使用线程安全队列线程同步？
 *  4、如何使用std::future取得std::sync异步任务的返回值？
 *  5、如何通过std::sync()向任务函数传递参数的？
 *  6、如何使用std::packaged\_task在线程间传递任务？
 *  7、如何使用std::promise进行线程间同步？
 *  8、如何将std::promise异常保存到std::future中？
 *  9、如何使用std::shared\_future多个线程一起等待？
 *  10、std::condition\_variable和std::future如何使用限时等待的处理？
 *  11、如何使用消息传递进行同步？
 *  12、如何等待多个并发线程的处理？（boost::thread\_group）
 *  13、小结

上一篇介绍 [线程间共享数据][Link 2]，然而有时候不仅保护共享数据，还需要令独立线程上的行为同步。

某线程只有先等另一线程的任务完成，才可以执行自己的任务。一般而言，线程常常需要等待特定的事件的发生，或等待某个条件成立。只要设置一个“任务完成”的标志，或者利用共享数据存储一个类似的标志，通过定期查验该标志就可以满足需求，但这远非理想的方法。C++标准库提供了工具：`条件变量`和`future`。

## 1、如何使用条件变量std::condition\_variable线程同步？ ##

C++标准库提供了条件变量的两种实现：`std::condition_variable`和`std::condition_variable_any`。它们都在标准库的头文件`<condition_variable>`内声明。两者都需要配合互斥，方能提供妥当的同步操作。`std::condition_variable`仅限于于`std::mutex`一起使用；然而，只要某一类型符合成为互斥的最低标准，足以充当互斥，`std::condition_variable_any`即可与之配合使用，因此它的后缀是"`_any`”。由于`std::condition_variable_any`更加通用，他可能产生额外的开销，涉及其性能、自身的体积或系统资源等，因此`std::condition_variable`应予优先采用，除非有必要令程序更加灵活。

那么前面介绍的问题，我们该如何利用`std::condition_variable`？为了让线程A休眠，直至有数据需要处理才被唤醒，我们该如何做？

接下来我们运用条件变量`std::condition_variable`等待数据处理：

std::mutex mut;
    std::queue<data_chunk> data_queue;
    std::condition_variable data_cond;
    void data_preparation_thread()
    {
        
    	while(more_data_to_prepare())
    	{
        
    		data_chunk const data = perpare_data();
    		{
        
    			std::lock_quard<std::mutex> lk(mut);
    			data_queue.push(data);
    		}
    		data_cond.notify_one();
    	}
    } 
    void data_processing_thread()
    {
        
    	while(true)
    	{
        
    		std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
    		data_cond.wait(lk, []{
        return !data_queue.empty();});
    		data_chunk data = data_queue.front();
    		data_queue.pop();
    		lk.unlock();
    		process(data);
    		if(is_last_chunk(data))
    			break;
    	}
    }

## 2、如何使用线程安全队列线程同步？ ##

在线程传递数据的常见方法是运用队列，若队列的实现到位，同步操作就可以被限制到内部，从而大幅减少可能出现的同步问题和条件竞争。

线程安全队列的完整定义，其中采用了条件变量：

#include <queue>
    #include <memory>
    #include <mutex>
    #include <condition_variable>
    template<typename T>
    class threadsafe_queue
    {
        
    private:
    	mutable std::mutex mut;
    	std::queue<T> data_queue;
    	std::condition_variable data_cond;
    piblic:
    	threadsafe_queue()
    	{
        }
    	threadsafe_queue(threadsafe_queue const& other)
    	{
        
    		std::lock_guard<std::mutex> lk(other.mut);
    		data_queue = other.data_queue;
    	}
    	void push(T new_value)
    	{
        
    		std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
    		data_queue.push(new_value);
    		data_cond.notify_one();
    	}
    	void wait_and_pop(T& value)
    	{
        
    		std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
    		data_cond.wait(lk, [this]{
        return !data_queue.empty();});
    		value = data_queue.front();
    		data_queue.pop();
    	}
    	std::shared_ptr<T> wait_and_pop()
    	{
        
    		std::unique_lock<std::mutex> lk(mut);
    		data_cond.wait(lk, [this]{
        return !data_queue.empty();});
    		std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
    		data_queue.pop();
    		return res;
    	}
    	bool try_pop(T& value)
    	{
        
    		std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
    		if(data_queue.empty())
    			return false;
    		value = data_queue.front();
    		data_queue.pop();
    		return true;
    	}
    	std::shared_ptr<T> try_pop()
    	{
        
    		std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
    		if(data_queue.empty())
    			return std::shared_ptr<T>();
    		std::shared_ptr<T> res(std::make_shared<T>(data_queue.front()));
    		data_queue.pop();
    		return res;
    	}
    	bool empty();
    	{
        
    		std::lock_guard<std::mutex> lk(mut);
    		return data_queue.empty();
    	}
    };

## 4、如何使用std::future取得std::sync异步任务的返回值？ ##

只要我们不急需线程运算的值，就可以使用`std::async()`按异步方式启动任务。我们从`std::async()`函数处获得`std::future`对象，运行的函数一旦完成，其返回值就有该对象最后持有。若要用到这个值，只需在`future`对象上调用`get()`,当前线程就会阻塞，以便`future`准备妥当并返回该值。

`async`使用方法和`thread`类类似，但是多了一个函数参数。`async(A, B, C,....)`：

其中这个`A`：是表示你是否创建一个新线程，参数类型是`std::launch类型`。  
`std::launch::deferred：`表示该函数会延迟启动，直到future上调用 wait()或get()；  
`std::launch::async：`表示该函数必须运行在他自己的线程上；  
`std::launch::deferred | std::launch::async：`表明该函数可以有具体实现来选择(默认最后一个)；  
`B和C`：分别是需要传入的函数和函数的参数，和`thread`一样，函数的参数是通过副本传入，如果需要传入引用则需要使用`std::ref`类。  
`future`可以从异步任务中获取结果，一般与`std::async`配合使用，`std::async`用于创建异步任务，实际上就是创建一个线程执行相应任务。

`std::future::get`获取结果，如果调用过程中，任务尚未完成，则主线程阻塞至任务完成。

`std::future::wait_for`等待结果返回，`wait_for`可设置超时时间，如果在超时时间之内任务完成，则返回`std::future_status::ready`状态；如果在超时时间之内任务尚未完成，则返回`std::future_status::timeout`状态。

string fun_2() {
        
        this_thread::sleep_for(chrono::seconds(3));
        return "hello";
    }
    int main() {
        
        auto x = async(fun_2);
        cout << "456  ";
        if  (x.wait_for(chrono::seconds(1)) == future_status::timeout)
            cout << "time out" << endl;
        else
            cout << x.get();
    }

使用`std::future`取得`std::sync`异步任务的返回值，如下代码：

#include<iostream>
    #include<future>
    
    bool func(std::string &str)
    {
        
        str = "helloworld.";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
        return true;
    }
    
    int main() {
        
        std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    
        std::string stri;
        std::future<bool> fut = std::async(func, std::ref(stri));
        bool b = fut.get();
        std::cout << "b: " << b << " stri: " << stri << std::endl;
    	
    	return 0;
    }

## 5、如何通过std::sync()向任务函数传递参数的？ ##

std::sync()向任务函数传递参数代码如下，详见代码备注：

#include<string>
    #include<future>
    struct X
    {
        
    	void foo(int, std::string const&);
    	std::string bar(std::string const&);
    }
    
    X x;
    // 1、调用p->foo(42, "hello"),其实p的值是&x,即x的地址
    auto f1 = std::async(&X::foo, &x, 42, "hello");
    // 2、调用tmpx.bar("goodbye"),其中tmpx是x副本
    auto f2 = std::async(&X::bar, x, "goodbye");
    
    struct Y
    {
        
    	double operator()(double);
    };
    
    Y y
    // 3、调用tmp(3.14)。其中，由Y()生成一个匿名变量，传递给std::async(),进而发生移动构造。在std::async()内部产生对象tmpy, 在tmpy上执行Y::operator()
    auto f3 = std::async(Y(), 3.141);
    // 4、调用y(2.78)
    auto f4 = std::async(std::ref(y), 2.718);
    
    X baz(X&);
    // 5、baz(x)
    std::async(baz, std::ref(x));
    
    class move_only
    {
        
    public:
    	move_only();
    	move_only(move_only&&);
    	move_only(move_only const&) = delete;
    	move_only& operator=(move_only&&);
    	move_only& operator=(move_only const&) = delete;
    	void operator()();
    };
    // 6、调用tmp(),其中tmp等价于std::move(move_only()),它的产生过程与3相似
    auto f5 = std::async(move_only);

## 6、如何使用std::packaged\_task在线程间传递任务？ ##

`std::packaged_task<>`连结了`future`对象与函数。`std::packaged_task<>`对象在执行任务时，会调用关联函数，把返回值保存为`future`的内部数据，并令`future`准备就绪。它可作为线程池的构件单元，亦可用于其它任务管理。

例如，为各个任务分别创建专属的独立运行的线程，或者在某个特定的后台线程上依次执行全部任务。若一项庞杂的操作能分解为多个子任务，则可把它们分别包装到多个`std::packaged_task<>`实例中，再传递给任务调度器或者线程池。

**（1）`std::packaged_task`使用详解，代码如下，详见备注：**

#include<iostream>
    #include<future>
    #include<thread>
    #include<functional>
    
    //使用auto、decltype自动追踪返回值类型的泛型编程模版，返回两参数之和
    template<class T1, class T2>
    auto func(T1& t1, T2& t2)->decltype(t1, t2){
        return t1 + t2;}
    
    //伪函数，定义一个类重载operator()实现实例化后成为可调用对象
    class test{
        
    	int a, b;
    public:
    	test(int a, int b) : a(a), b(b){
        }
    	int operator()(int _a, int _b){
        return a + b + _a + _b;}
    };
    
    //普通函数，充当函数指针
    int count(std::string s, std::string t){
        
    	s.pop_back();
    	t.pop_back();
    	return sizeof(s + t) / sizeof(wchar_t);
    }
    
    int add(int a, int b){
        
    	return a+ b;
    }
    
    void func2(future<int>& fut, packaged_task<int(int, int)>& task){
        
    	packaged_task<int(int, int)> task1(add);
    	task = move(task1);
    	fut = task.get_future();
    	task.make_ready_at_thread_exit(1, 2);
    }
    
    std::future<int> launcher(std::packaged_task<int(int)>& task, int arg){
        
    	if(task.valid())
    	{
        
    		std::future<int> ret = task.get_future();
    		std::thread(std::move(task), arg).detach();
    		return ret;
    	}
    	else return std::future<int>();
    }
    
    int main()
    {
        
    	//代码片段1: function pointer
    	{
        
        	auto data1 = 1.11;
        	auto data2 = 2.22;
        	std::packaged_task<decltype(data1 + data2)(decltype(data1)&, decltype(data2)&)> task1(func<decltype(data1)&, decltype(data2)&>);
        	auto thread1 = std::thread(std::move(task1), std::ref(data1), std::ref(data2));
        	thread.join();
        	std::cout << "This is pointer task, task1 resut is : " << fut1.get() << std::endl;
        }
    
    	//代码片段2: lamda function 
    	{
        
    		auto u = 1;
    		auto v = 2;
    		std::packaged_task<decltype(u + v)(decltype(u), decltype(v))>
         		task2([u, v](decltype(u), decltype(v)) -> decltype(u + v){
         return u + v;});
    		std::future<decltype(u + v)> fut2 = task2.get_future();
    		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
    		task2(u, v);
    		std::cout << "This is lamda task, task2 resut is : " << fut2.get() << std::endl;
    	}
    	//代码片段3: lamda function 
    	{
        
    		std::packaged_task<int<int, int>> task3(test(1, 2));
    		auto fut3 = task3.get_future();
    		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
    		task3(3, 4);
    		std::cout << "This is class test task, task3 result is: " << fut3.get() << std::endl;
    	}
    
    	//代码片段4: class function
    	{
        
    	std::string s1 = "Allen", s2 = "Su";
    	std::packaged_task<int()> task4(std::bind(count, s1, s2));
    	auto fut4 = task4.get_future();
    	auto thread4 = std::thread(std::chrono::seconds(3));
    	thread.join();
    	std::cout << "This is bind task, task4 result is: " << fut4.get() << std::endl;
    	}
        //代码片段5: std::packaged_task::reset()
        //重置状态，摒弃之前运行的结果
        {
        
    		std::packaged_task<int(int, int)> task([](int a, int b)){
        
    			return a + b;
    		});
    		std::future<int> result = task.get_future();
    		task(2, 9);
    		std::cout << "2 + 9 = " result.get() << std::endl;
    		task.reset();
    		result = task.get_future();
    		std::thread task_td(std::move(task), 2, 10);
    		task_td.join();
    		std::cout << "2 + 10 = " result.get() << std::endl;
        }
        //代码片段6: std::packaged_task::make_ready_at_thread_exit()
        //在被调用线程退出后，将共享状态的标志设置ready。
        //如果std::future对象尝试使用get()获取共享状态的值（通常是在其他线程里），
        //则会被阻塞直到本线程退出。
        {
        
    		std::packaged_task<int(int, int)> task;
    		std::future<int> fut;
    		auto thd = thread(func2, std::ref(fut), std::ref(task));
    		thd.join();
    		auto result = fut.wait_for(chrono::second(2));
    		if(result == future_state::ready)
    			std::cout << fut.get() << std::endl;
        }
        //代码片段7: std::packaged_task::valid()
        //检查是否是有效的共享状态，有则返回ture,否则返回false。
        {
        
        	std::packaged_task<int(int)> task([](int x){
         return x * 2});
        	std::future<int> fut = launcher(task, 25);
        	std::cout << "The double of 25 is " << fut.get() << std::endl;
        }
    	return 0;
    }

`std::packaged_task`是一种将函数和其期望的返回值打包为可调用对象的类模板。这个可调用对象可以在另一个线程中异步执行，也可以像普通函数一样直接调用。

**（2）下面是一个简单的案例代码，使用`std::packaged_task`实现了一个计算阶乘的函数，并在另一个线程中异步执行：**

#include <iostream>
    #include <future>
    using namespace std;
    long long factorial(int n) {
        
        long long result = 1;
        for (int i = 2; i <= n; ++i) {
        
            result *= i;
        }
        return result;
    }
    int main() {
        
        int n = 10;
        // 创建一个std::packaged_task，打包计算阶乘的函数
        std::packaged_task<long long(int)> task(factorial);
        // 获取与该std::packaged_task关联的std::future
        std::future<long long> future = task.get_future();
        // 在另一个线程中异步执行该std::packaged_task
        std::thread thread(std::move(task), n);
        // 等待异步执行的结果，并输出
        cout << "factorial(" << n << ") = " << future.get() << endl;
        // 关闭线程
        thread.join();
        return 0;
    }

**（3）使用`std::packaged_task`在GUI线程上运行代码：**

#include <deque>
    #include <mutex>
    #include <future>
    #include <thread>
    #include <utility>
    
    std::mutex m;
    std::deque<std::packaged_task<void>> tasks;
    bool gui_shutdown_message_received();
    void get_and_process_gui_message();
    void gui_thread()
    {
        
    	while(!gui_shutdown_message_received())
    	{
        
    		get_and_rpocess_gui_message();
    		std::packaged_task<void> task;
    		{
        
    			std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
    			if(tasks.empty())
    				continue;
    			task = std::move(tasks.front);
    			tasks.pop_front();
    		}
    		task();
    	}
    }
    std::thread gui_bg_thread(gui_thread);
    template<typename Func>
    std::future<void> post_task_for_gui_thread(Func f)
    {
        
    	std::packaged_task<void()> task(f);
    	std::future<void> res = task.get_future();
    	std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
    	tasks.push_back(std::move(task));
    	return res;
    }

## 7、如何使用std::promise进行线程间同步？ ##

`std::promise<T>`给出一个异步求值的方法，某个`std::future`对象与之关联，能延后读出需要求取的值。配对的`std::promise`和`std::future`可实现下面的工作机制：等待数据的线程在`future`上阻塞，而提供数据的线程利用相配的`promise`设定关联的值，使`future`准备就绪。`std::promise`的值通过成员函数`set_value()`设置，只要设置好，`std::future`即准备就绪，凭借它就能获取该值。如果`promise`在被销毁时仍未曾设置值，保存的数据则由异常代替。

void test(std::promise<double> &promise)
    {
        
        promise.set_value(1.1);
    }
    int main()
    {
        
    	std::promise<double> promise;
    	std::future<double> fut = promise.get_future();
    	thread t(test, ref(promise));
    	t.detach();
    	double y = fut.get();
    }

## 8、如何将std::promise异常保存到std::future中？ ##

`std::async`和`std::packaged_task`是支持异常抛出的，不会陷入死等状态。`std::promise`它是通过成员函数显示调用实现，假如，我们不想保存值，而想保存异常，就不应该调用`set_value()`而应该调用成员函数`set_exception()`。可以看下如下代码块：

void test(std::promise<double> &promise)
    {
        
        try {
        
            vector<int> vec = {
        1};
            int a = vec.at(2); //数组越界，抛异常
        }catch (...){
        
            cout << "exception" << endl;
            promise.set_exception(std::current_exception());
        }
    }
    int main()
    {
        
    	std::promise<double> promise;
    	std::future<double> fut = promise.get_future();
    	test(promise);
    	double y = fut.get();
    }

这里的`std::current_exception()`用于捕获当前的异常。此外，我们还能用`std::make_exception_ptr()`直接保存新异常，而不触发抛出行为：

promise.set_exception(std::current_exception(std::make_exception_ptr(std::logic_error("foo"))));

## 9、如何使用std::shared\_future多个线程一起等待？ ##

假设，某个线程按计划仅仅等待一次，只要条件成立一次，它就不再理会条件变量。条件变量未必是这种同步模式的最佳选择。若我们所等待的条件变量需要判定某份数据是否可用，`std::future` 更适合此场景。

C++标准库提供有两种future，分别由两个类模版提供，其声明在头文件`<future>`内，`独占future（unique future,即std::future<>）`和`共享future（share future, 即std::shared_future<>）`。同一事件仅仅允许关联唯一一个`std::future`实例，但可以关联多个`std::shared_future`实例，只要目标事件发生，与后者关联的所有实例就会同时就绪，并且它们全都可以访问与该目标关良数据的类型。

虽然`future`能用于线程间通信，但是`future`对象本身不提供同步访问。若多个线程需访问同一个`std::future`对象，必须用互斥或其他同步方式进行保护。

一个`std::shared_future<>`对象可能派生出多个副本，这些副本都指向同一个异步结果，由多个线程分别独占，它们可以访问属于自己的那个副本而无须互相同步。

**(1) 使用std::move向其默认构造函数传递归属权**

std::promise<int> p;
    std::future<int> f(p.get_future());
    assert(f.valid); //future对象f有效
    std::share_future<int> sf(std::move(f));
    assert(!f.valid());  //future对象f不再有效
    assert(sf.valid());  //future对象sf开始生效

有时候某线程的值不止被一个线程所需要，而get()却只能只用一次，这时可以通过std::shared\_future达到多次通过get()获取值的目的：

std::future<int>myf = mypt.get_future();
    std::shared_future<int>myf_s(myf.share());
    
    std::thread t2(mythread1,std::ref(myf_s));
    t2.join();
    
    auto mysf = myf_s.get();
    cout << mysf << "   -" << endl;
    
    cout << "---------------" << endl;
    
    auto mysf2 = myf_s.get();
    cout << mysf2 << "   -" << endl;

**(2) 隐式转移归属权**

std::promise<std::string> p;
    std::shared_future<std::string> sf(p.get_future());

**(3) 使用future的成员函数share(),直接创建新的std::shared\_future对象**

std::promise<std::string> p;
    auto sf = p.get_future().share();

## 10、std::condition\_variable和std::future如何使用限时等待的处理？ ##

如果出现阻塞动作可能漫无止境，只要锁等待的目标事件还未发生，线程就一直暂停。通常情况下没有问题，但是某种场景下会限制时长。

**c++中的有两种超时机制可供选用：**

*  `迟延超时`：线程根据指定时长而继续等待。  
    （处理迟延超时函数变体以“`_for`“为后缀。）
 *  `绝对超时`：在某特定时间点来临之前，线程一直等。  
    （处理绝对超时的函数变体以“`_until`”为后缀。）

**c++中的三种时钟：**

*  `steady_clock` 是单调的时钟，相当于教练手中的秒表；只会增长，适合用于记录程序耗时；
 *  `system_clock` 是系统的时钟；因为系统的时钟可以修改；甚至可以网络对时； 所以用系统时间计算时间差可能不准。（可能发生时间跳变）
 *  `high_resolution_clock` 是当前系统能够提供的最高精度的时钟；它也是不可以修改的。相当于`steady_clock`的高精度版本。

`一般限时等待都用单调时钟，也叫恒稳时钟。system_clock 是系统的时钟，可能发生时间跳变。`

**（1）`std::condition_variable`限时等待的处理**

std::condition_variable cv;
    std::mutex cv_m;
    bool flag;
    // condition_variable wait_for超时触发
    {
        
    	std::unique_lock<std::mutex> lk(cv_m);
    	auto now = std::chrono::steady_clock::now();
    	if(cv.wait_for( lk,  std::chrono::seconds (2) ) == std::cv_status::timeout){
        
        	
        }
    }
    // condition_variable wait_for条件触发
    {
        
    	std::unique_lock<std::mutex> lk(cv_m);
    	auto now = std::chrono::system_clock::now();
    	if(!cv.wait_for(lk,  std::chrono::milliseconds(200) , [](){
        return flag == ture;})){
        
    		std::cout << "timeout." << std::endl;
    	}
    }
    //condition_variable  waits_until条件触发
    {
        
    	std::unique_lock<std::mutex> lk(cv_m);
    	auto now = std::chrono::system_clock::now();
    	if(!cv.wait_until(lk, now + std::chrono::milliseconds(200), [](){
        return i == 1;})){
        
    		std::cout << "timeout." << std::endl;
    	}
    }
    //跟据时机通知解锁操作
    cv.notify_all();

**（2）`std::future`如何使用限时等待的处理**

*  `wait函数`：  
    【1】等待共享状态就绪。  
    【2】如果共享状态尚未就绪(即提供者尚未设置其值或异常)，则该函数将阻塞调用的线程直到就绪。  
    【3】当共享状态就绪后，则该函数将取消阻塞并void返回。
 *  `wait_for函数`：  
    【1】等待共享状态在指定的时间内(time span)准备就绪。  
    【2】 如果共享状态尚未就绪(即提供者尚未设置其值或异常)，则该函数将阻塞调用的线程直到就绪或已达到设置的时间。  
    【3】此函数的返回值类型为枚举类`future_status`。此枚举类有三种label：`ready`：共享状态已就绪；`timeout`：在指定的时间内未就绪；`deferred`：共享状态包含了一个延迟函数(deferred function),延迟执行，当`std::async()`第一个参数为`std::lanuch::deferred`时生效。
 *  `wait_until函数`：  
    【1】等待共享状态在指定的时间点(time point)准备就绪。  
    【2】如果共享状态尚未就绪(即提供者尚未设置其值或异常)，则该函数将阻塞调用的线程直到就绪或已达到指定的时间点。  
    【3】此函数的返回值类型为枚举类`future_status`。

返回值类型为`future_status`，该函数将本线程阻塞在当前，并等待一段时间，后继续执行，若在等待时间内`wait_for()`绑定线程执行完毕，则返回`ready`，未执行完毕则返回`timeout`。

bool func(std::string &str)
    {
        
        str = "helloworld.";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
        return true;
    }
    
    int main() {
        
    
        std::string stri;
        std::future<bool> fut = std::async(std::launch::async, func, std::ref(stri));
        //枚举类型
        //设置等待3s,根据设置等待时间与子线程执行消耗时间得到返回值。决定程序在当前行阻塞时间。
        std::future_status status = fut.wait_for(std::chrono::seconds(3));
        if (status == std::future_status::timeout)//子线程还没执行完
        {
        
            std::cout << "timeout..." << std::endl;
        }
        else if (status == std::future_status::ready)//子线程已执行完
        {
        
            std::cout << "ready..." << std::endl;
            std::cout << fut.get() << std::endl;
    
        }

当std::async()第一个参数为std::lanuch::deferred时生效。此时线程不在阻塞在wait\_for()处，而是继续执行直到遇见属于该future对象的get()，如代码片段：

std::future<bool> fut = std::async(std::launch::deferred, func, std::ref(stri));
    
        else if (status == std::future_status::deferred)//直接进入分支
        {
        
            std::cout << "ready..." << std::endl;
            std::cout << fut.get() << std::endl; //等待
    
        }

注意：无论`std::async()`是否延迟执行，异步线程都将会指向完程序才能结束，三种结束方式：

1.  阻塞在`wait_for()`处等待异步线程结束
2.  阻塞在`get()`处等待异步线程结束
3.  阻塞在`return 0;`处等待异步线程结束

get()函数只能使用一次，因为get()函数的设计是一个移动语义，相当于将future对象中的值转移到了get()调用者中，所以再次get()就报告了异常。

## 11、如何使用消息传递进行同步？ ##

所谓`消息传递机制`，`注册函数回调`，如下代码lambda表达式实现的消息回调：

#include <iostream>
    #include <functional>
    #include <thread>
    
    class Test{
        
    public:
        using callback_t = std::function<void(std::string msg)>;
        Test() = default;
        ~Test() = default;
        void SetCallBack(callback_t cbk){
        
            callback_ = cbk;
        }
    
        void Execute(){
        
            std::thread t([&](){
        
                //do something
                int b = 4;
                std::string str = std::to_string(b);
                callback_(str);
            });
            if (t.joinable())
                t.join();
        }
    
    private:
        callback_t callback_;
    };
    
    int main() {
        
        std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
        Test test;
        test.SetCallBack([](std::string str){
        
            std::cout << str << std::endl;
        });
        test.Execute();
        return 0;
    }

## 12、如何等待多个并发线程的处理？（boost::thread\_group） ##

这里不再详细讲述boost库线程，大家可以去查阅学习。  
boost::thread\_group线程组类的用法，等待多个并发线程的处理的结果：

#include <boost/atomic.hpp>
    #include <boost/thread.hpp>
    #include <cassert>
    
    boost::atomic_int g_counter(0);
    
    void some_function() {
        
        ++ g_counter;
    }
    
    int main(int argc, char* argv[]) {
        
        // 使用线程组创建10个线程
        boost::thread_group threads;
        for(unsigned i=0; i<10; ++i) {
        
            threads.create_thread(&some_function);
        }
        threads.join_all();
        assert(g_counter == 13);
    }

## 13、小结 ##

灵活运用：  
1、如何使用条件变量std::condition\_variable线程同步？  
2、如何使用线程安全队列线程同步？  
4、如何使用std::future取得std::sync异步任务的返回值？  
5、如何通过std::sync()向任务函数传递参数的？  
6、如何使用std::packaged\_task在线程间传递任务？  
7、如何使用std::promise进行线程间同步？  
8、如何将std::promise异常保存到std::future中？  
9、如何使用std::shared\_future多个线程一起等待？  
10、std::condition\_variable和std::future如何使用限时等待的处理？  
11、如何使用消息传递进行同步？  
12、如何等待多个并发线程的std::future的处理？

[C]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12344315.html
[Linux]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12353489.html
[C 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332626.html
[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332639.html
[C 2]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/category_12332628.html
[475acfa0e4d24c59b75e31ddb6056bfb.png_pic_left]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/16/6055dc43562f4501b12d41c7a0a5bedb.png
[Link 2]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/article/details/131020441