Structured Concurrency：結構化併發

来源:https://www.cnblogs.com/circlelll/archive/2023/11/29/17863575.html
-Advertisement-
Play Games

一、參考 https://ericniebler.com/2020/11/08/structured-concurrency/ 二、總結 1. 結構化併發是什麼-概述 是什麼：一種確保子操作在父操作之前完成的方式，類似函數在調用函數之前完成。 最典型的結構化併發：C++20的協程 意義：它通過使非同步 ...


一、參考

https://ericniebler.com/2020/11/08/structured-concurrency/

二、總結

1. 結構化併發是什麼-概述

是什麼：一種確保子操作在父操作之前完成的方式，類似函數在調用函數之前完成。

最典型的結構化併發：C++20的協程

意義：它通過使非同步生存期與普通C++詞法作用域相對應，為非同步程式帶來了現代C++風格，並且不需要引用計數（智能指針，垃圾回收）來管理對象的生命周期

總結：即使在併發環境中，函數嵌套調用時參數的作用域也是嚴格嵌套的，不需要用智能指針（shared_ptr）之類的技術，也不會發生不小心的記憶體泄露--對象的生命周期

2. 為什麼需要結構化併發

2.1 結構化編程

具有嚴格的嵌套作用域和生命周期，併發情況下需考慮

2.2 多線程編程的困境

併發場景下編程難度大：

①對象生命周期已經結束，但是其他線程仍需要訪問，會導致懸空引用問題，此時需要智能指針通過引用計數來管理其生命周期

②與作用域相關的生命周期不清晰

2.3 非結構化併發

非結構化非同步編程很難保證正確性和效率，且編程複雜，且沒有辦法強制要求子任務在父任務之前完成

3. 結構化併發-深入

3.1 庫

協程：Lewis Baker’s popular cppcoro library

提升：

①只需要一個函數

②狀態保存在本地變數，而不需要保存在需要的引用計數的共用變數

③可使用一般的c++錯誤處理技術

④從結構保證了子操作在父操作之前完成

3.2 取消機制

從結構保證了子操作在父操作之前完成（也就是說，如果父操作先完成，需要等待子操作）

為了避免為不再需要結果的子操作等待不必要的長時間，我們需要一種能夠取消這些子操作的機制，以便它們快速完成。

3.3 結構化併發>協程

結構化併發：特定模式中的回調，可以在沒有協程的情況下實現結構化併發

4. 程式示例

場景：存在一個子操作，父任務需要此操作的結果

編譯運行環境：ubuntu22.04.3

①單線程：主線程等待子線程結束

耗時操作：computeResult

調用者：doThing

#include <iostream>
#include <unistd.h>

struct State{
	int result;
};

// synchronous
void computeResult(State & s)
{
	int time = 30;
	sleep(time);	// 用sleep模擬耗時操作
	s.result = time;
}

int doThing() {
	State s;
	computeResult(s);
	return s.result;
}

int main()
{
	std::cout << "result: " << doThing() << std::endl;
}

// compile: g++ main.cpp
// output: result:30

關註State s;的聲明周期

②使用std::future：獲取子線程的結果

#include <future>
#include <iostream>
#include <unistd.h>

struct State{
    int result;
};

int computeResult(State &s)
{
    int time = 30;
    sleep(time);
    s.result = time;
    
    std::cout << "p1" << std::endl;
    
    return 1;
}

std::future<int> doThing() 
{
    std::cout << "p2" << std::endl;

    State s;
    std::future<int> fut = std::async(computeResult, s);
    return fut;
}

int main()
{
    std::cout << "p3" << std::endl;
    auto fut = doThing();
    std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;
}

// compile: g++ main.cpp
// 編譯階段不通過: 無法傳遞引用類型的函數參數
// main.cpp:24:38: error: no matching function for call to ‘async(int (&)(State&), State&)’
//    24 |     std::future<int> fut = std::async(computeResult, s);

註意State s;的生命周期，使用智能指針shared_ptr管理State s;

#include <future>
#include <iostream>
#include <unistd.h>

struct State{
    int result;
};

int computeResult(std::shared_ptr<State> s)
{
    int time = 30;
    sleep(time);
    (*s).result = time;

    std::cout << "p1" << std::endl;

    return 1;
}

std::future<int> doThing() 
{
    std::cout << "p2" << std::endl;

    std::shared_ptr<State> s = std::make_shared<State>(); 
    std::future<int> fut = std::async(computeResult, s);    // std::async可以傳遞帶有函數及其參數（參數是引用類型無法會出錯），但是boost::async傳不了多個參數-解決：使用std::bind綁定
    return fut; // std::future沒有類似boost::future的then函數
}

int main()
{
    std::cout << "p3" << std::endl;
    auto fut = doThing();
    std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;
}

// compile: g++ main.cpp
// output：
/*p3
p2
result:p1
1*/

②使用boost::future獲取結果：父操作需要子操作的結果

參考：http://www.bryh.cn/a/142977.html

註意：使用boost::future需要設置巨集#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE

// 寫法一
#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE
#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE_CONTINUATION
#include <boost/thread.hpp>
#include <boost/thread/future.hpp>
#include <iostream>

struct State{
    int result;
};

// asynchronous
boost::future<void> computeResult(State &s)
{
    int time = 30;
    sleep(time);
    s.result = time;
    std::cout << "p1" << std::endl;
}

boost::future<int> doThing() {
    State s;
    auto fut = computeResult(s);
    std::cout << "p2" << std::endl;
    return fut.then(
      [&](auto&&) { return s.result; }); //OOPS
}

int main()
{
    std::cout << "p3" << std::endl;
    auto fut = doThing();
    std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;
}

// compile: g++ main.cpp -lboost_thread
// output: 
/*
p3
p1
p2
terminate called after throwing an instance of 'boost::wrapexcept<boost::lock_error>'
  what():  boost: mutex lock failed in pthread_mutex_lock: Invalid argument
已放棄 (核心已轉儲)
*/

// 寫法二
#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE
#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE_CONTINUATION
#include <boost/thread.hpp>
#include <boost/thread/future.hpp>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <unistd.h>

struct State{
    int result;
};

int computeResult(State &s)
{
    std::cout << "p1" << std::endl;

    int time = 30;
    sleep(time);
    s.result = time;
    return 1;
}

boost::future<int> doThing() {
    std::cout << "p2" << std::endl;

    State s;
    boost::future<int> fut = boost::async(boost::bind(computeResult, s));
    return fut.then(
     [&](auto&&) { return s.result; }); //OOPS
}

int main()
{
    std::cout << "p3" << std::endl;
    auto fut = doThing();
    std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;
}

// compile: g++ main.cpp -lboost_thread
// output: 
/*
p3
p2
result:p1
21978
*/

寫法一問題：State s;的聲明周期：其超出doThing作用域範圍消亡時，computeResult仍可能在訪問或使用這個變數，此時引用懸空，引發程式崩潰，即當computeResult線程試圖訪問或修改已經被銷毀的State對象時，會發生未定義的行為。在這種情況下，嘗試從返回的future對象中獲取結果可能會導致不可預測的結果或程式崩潰。

寫法二問題：未獲取到正確的值，因為s是局部的，並且當doThing返回時會被銷毀，所以嘗試訪問它的result成員是未定義的行為（標記為"OOPS"）

解決：使用智能指針shared_ptr管理

#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE
#define BOOST_THREAD_PROVIDES_FUTURE_CONTINUATION
#include <boost/thread.hpp>
#include <boost/thread/future.hpp>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <unistd.h>

struct State{
    int result;
};

int computeResult(std::shared_ptr<State> s)
{
    std::cout << "p1" << std::endl;

    int time = 30;
    sleep(time);
    (*s).result = time;
    return 1;
}

boost::future<int> doThing() {
    std::cout << "p2" << std::endl;

    std::shared_ptr<State> s = std::make_shared<State>();
    boost::future<int> fut = boost::async(boost::bind(computeResult, s));
    return fut.then(
     [&](auto&&) { return (*s).result; });
}

int main()
{
    std::cout << "p3" << std::endl;
    auto fut = doThing();
    std::cout << "result:" << fut.get() << std::endl;
}

// compile: g++ main.cpp -lboost_thread
// output: 
/*
p3
p2
result:p1
30
*/

④使用結構化併發：cppcoro庫---一個用於C++20的協程庫，它提供了一個輕量級和易於使用的協程支持

未實際編譯

cppcoro::task<> computeResult(State & s);
 
cppcoro::task<int> doThing() {
  State s;
  co_await computeResult(s);
  co_return s.result;
}

本文來自博客園，作者：circlelll，轉載請註明原文鏈接：https://www.cnblogs.com/circlelll/p/17863575.html


您的分享是我們最大的動力!

-Advertisement-
Play Games
更多相關文章
  • day3-函數
    迴圈練習 1、列印100以內7的倍數 // 需要驗證的是1-100之間的數字 迴圈計數器正好可以表示 // i初始值設置為1 正好可以表示出需要驗證的數字 for (var i = 1; i <= 100; i++) { if (i % 7 == 0) { console.log(i) } } 2、 ...
  • nodemon學習（一）簡介、安裝、配置、使用
    簡介 nodemon用來監視node.js應用程式中的任何更改並自動重啟服務,非常適合用在開發環境中。以前，我們開發一個node後端服務時，每次更改文件，均需重啟一下，服務才能生效。這使我們的開發效率降低了很多。nodemon的出現，可以隨時監聽文件的變更，自動重啟服務，我們開發時只需關註代碼即可， ...
  • 瀏覽器跨 Tab 視窗通信原理及應用實踐
    最近，相信大家一定被這麼個動效給刷屏了： 以至於，基於這個效果的二次創作層出不窮，眼花繚亂。 基於跨視窗通信的彈彈球： 基於跨視窗通信的 Flippy Bird： 我也嘗試製作了一個跨 Tab 視窗的 CSS 動畫聯動，效果如下： 代碼不多，核心代碼 200 行，感興趣的可以戳這裡：Github - ...
  • 【源碼系列#02】Vue3響應式原理（Effect）
    專欄分享：vue2源碼專欄，vue3源碼專欄，vue router源碼專欄，玩具項目專欄，硬核💪推薦🙌 歡迎各位ITer關註點贊收藏🌸🌸🌸 Vue3中響應數據核心是 reactive ， reactive 的實現是由 proxy 加 effect 組合，上一章節我們利用 proxy 實現了 ...
  • day2-JS基礎&流程式控制制
    自增自減運算符 1、基本使用 內置提供 ++、--運算符 是用於將變數本身進行加1或者減1操作 // 1、基本使用 var i = 10; i++;//等價於語句 i+=1 console.log(i);//11 var m = 10; m--; console.log(m) 2、前置與後置的區別 ...
  • 設計模式（十五）解釋器
    一、定義 定義一個語言的文法，並且建立一個解釋器來解釋該語言中的句子，這裡的“語言”是指使用規定格式和語法的代碼。解釋器模式是一種行為型模式。 二、描述 解釋器模式是一種使用頻率相對較低但學習難度較大的設計模式，它主要用於描述如何使用面向對象語言構成一個簡單的語言解釋器，包含以下四個角色： 1、Ab ...
  • 線性代數的藝術
    推薦一本日本網友Kenji Hiranabe寫的《線性代數的藝術》。這本書是基於MIT大牛Gilbert Strang教授的《每個人的線性代數》製作的。 雖然《線性代數的藝術》這本書僅僅只有12頁的內容，就把線性代數的重點全畫完了，清晰明瞭。 《線性代數的藝術》PDF版本：https://pan.q ...
  • 每天使用Spring 框架，那你知道 lazy-init 懶載入原理嗎？
    懶載入是Spring框架中的一個重要特性，它允許我們將bean的實例化推遲到第一次使用時。懶載入的主要用途是提高應用程式的啟動性能，減少不必要的資源消耗。 一、懶載入的用途 在大型的應用程式中，有些bean可能只在特定的條件下才會被使用到。如果在應用程式啟動時就實例化所有的bean，會導致啟動時間變 ...
一周排行
    -Advertisement-
    Play Games
  • WPF 已知問題 監聽 WMI 事件導致觸摸失效
    示例項目結構 在 Visual Studio 中創建一個 WinForms 應用程式後，項目結構如下所示： MyWinFormsApp/ │ ├───Properties/ │ └───Settings.settings │ ├───bin/ │ ├───Debug/ │ └───Release/ ...
  • [STAThread]特性
    [STAThread] 特性用於需要與 COM 組件交互的應用程式，尤其是依賴單線程模型（如 Windows Forms 應用程式）的組件。在 STA 模式下，線程擁有自己的消息迴圈，這對於處理用戶界面和某些 COM 組件是必要的。 [STAThread] static void Main(stri ...
  • UWP WinUI3 傳入 AddHandler 的 RoutedEventHandler 類型與事件所需不匹配將拋出參數異常
    在WinForm中使用全局異常捕獲處理 在WinForm應用程式中，全局異常捕獲是確保程式穩定性的關鍵。通過在Program類的Main方法中設置全局異常處理，可以有效地捕獲並處理未預見的異常，從而避免程式崩潰。 註冊全局異常事件 [STAThread] static void Main() { / ...
  • .NET 多版本 WinForm 開源控制項庫 SunnyUI
    前言 給大家推薦一款開源的 Winform 控制項庫，可以幫助我們開發更加美觀、漂亮的 WinForm 界面。 項目介紹 SunnyUI.NET 是一個基於 .NET Framework 4.0+、.NET 6、.NET 7 和 .NET 8 的 WinForm 開源控制項庫，同時也提供了工具類庫、擴展 ...
  • .net core8 使用Swagger（附當前源碼）
    說明 該文章是屬於OverallAuth2.0系列文章，每周更新一篇該系列文章（從0到1完成系統開發）。 該系統文章，我會儘量說的非常詳細，做到不管新手、老手都能看懂。 說明：OverallAuth2.0 是一個簡單、易懂、功能強大的許可權+可視化流程管理系統。 有興趣的朋友，請關註我吧(*^▽^*) ...
  • WPF 什麼時候 VisualTreeHelper.GetDescendantBounds 將返回無窮大
    一、下載安裝 1.下載git 必須先下載並安裝git，再TortoiseGit下載安裝 git安裝參考教程：https://blog.csdn.net/mukes/article/details/115693833 2.TortoiseGit下載與安裝 TortoiseGit，Git客戶端，32/6 ...
  • C# 開源教程帶你輕鬆掌握數據結構與演算法
    前言 在項目開發過程中，理解數據結構和演算法如同掌握蓋房子的秘訣。演算法不僅能幫助我們編寫高效、優質的代碼，還能解決項目中遇到的各種難題。 給大家推薦一個支持C#的開源免費、新手友好的數據結構與演算法入門教程：Hello演算法。 項目介紹 《Hello Algo》是一本開源免費、新手友好的數據結構與演算法入門 ...
  • 第22篇 生成proto文件bat腳本
    1.生成單個Proto.bat內容 @rem Copyright 2016, Google Inc. @rem All rights reserved. @rem @rem Redistribution and use in source and binary forms, with or with ...
  • 記一次 .NET某上位機視覺程式 卡死分析
    一：背景 1. 講故事 前段時間有位朋友找到我，說他的窗體程式在客戶這邊出現了卡死，讓我幫忙看下怎麼回事？dump也生成了，既然有dump了那就上 windbg 分析吧。 二：WinDbg 分析 1. 為什麼會卡死 窗體程式的卡死，入口門檻很低，後續往下分析就不一定了，不管怎麼說先用 !clrsta ...
  • 醫學DICOM文件與PACS系統進行數據傳輸
    前言 人工智慧時代，人臉識別技術已成為安全驗證、身份識別和用戶交互的關鍵工具。 給大家推薦一款.NET 開源提供了強大的人臉識別 API，工具不僅易於集成，還具備高效處理能力。 本文將介紹一款如何利用這些API，為我們的項目添加智能識別的亮點。 項目介紹 GitHub 上擁有 1.2k 星標的 C# ...
所有分類