【后台开发拾遗】异步代码同步化

最新推荐文章于 2025-02-22 10:10:06 发布

jiange_zh

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分类专栏： C/C++ 后台开发设计模式文章标签： C++ promise future 异步编程同步化

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/jiange_zh/article/details/78162434

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在当今的编程世界中，异步编程已经成为了一种习惯。传统的同步阻塞编程，虽然处理流程非常清晰，但是程序常常处于阻塞等待状态，CPU资源利用率低。而早期的异步编程，通过callback的方式进行回调处理，当回调嵌套开始多起来的时候，程序代码可读性变得非常差。
对于C++，协程和Future/Promise的出现，使得我们既可以实现异步编程，又可以将代码写得十分优美，看起来跟同步代码一般清晰。

本文再次回顾总结下Future/Promise的技术原理，并在最后给出一种编码方式供参考。

关于Future/Promise，之前我已经陆陆续续介绍过一些了，本次不会过多的去介绍实现细节，而是从宏观的角度来剖析其原理。

C++11 多线程 future/promise简介

C++异步调用利器future/promise实现原理

总览

Promise主要的类关系如下：

这里写图片描述

由于Future< T >需要针对void进行特化，为避免过多重复的代码，把与特化无关的部分抽离出来形成FutureBase作为基类。

可以看到，Future< T > 和 Promise< T >都有一个同样类型的成员变量：

SharedPtr<detail::FutureObjectInterface<T> > m_future;

m_future是一个引用计数的智能指针。

Promise对象可保存T类型的值，通过Promise的getFuture()方法，产生一个Future对象，此时Promise对象和Future对象内的m_future指向同一个地址，因此Promise对象中保存的T类型的值可被future对象读取(可能在另一个线程中)，这是promise提供的同步手段。

类FutureObjectInterface是一个虚类，为Future 和 Promise 提供了m_future的接口。其具体实现包括PromptFutureObject和FutureObject两个类。

Promise的FutureObjectInterface 是一个FutureObject。
Future的FutureObjectInterface有两种情况：直接用一个值来构造Future时（比如调用makeFuture来获取一个future）用的是PromptFutureObject，而其他情况（比如通过Promise获得的future）用的是FutureObject。比如对于使用立即数构造Future时，由于其值已经设定了，不需要等待promise填值进去，因此该future内部的PromptFutureObject是只读的，也就不需要加锁。如果还是使用FutureObject这个版本，将会在加锁解锁上做无用功。因此PromptFutureObject是针对这种场景进行优化的。而当Future 与Promise共享同一个m_future时，由于Future和Promise可能在不同线程中，因此可能同时读写，这里存在race condition，因此需要加锁。FutureObject正是一个加锁的版本。

设置回调——then

上一节我们已经知道，Future< T > 和 Promise< T >共享了值T的状态，假设我们有一个函数：

bool isBlack(string qqNumber);

该函数请求远程服务，来判断该qq号码是否在黑名单内。

那么我们可以如下进行异步调用：

// 1. 定义一个Promise：
promise::Promise< bool > promise;

// 2. 定义一个Callback对象，构造时接收一个Promise对象：
CallBack cb(promise);

// 3. 注册cb（当isBlack函数返回时，通过cb，调用promise的setValue方法对m_future内保存的bool值进行赋值）

// 4. 使用promise的getFuture方法产生一个Future< bool >对象，该Future对象与Promise 共享 m_future。
return promise.getFuture();

于是当isBlack调用返回时，我们通过future.get()即可获取其返回值。

get()属于阻塞函数，它会等待Promise调用setValue()对其承诺的值进行赋值后，方可把值取出来消费。