多线程程序设计（九）——Future

本文摘要了《Java多线程设计模式》一书中提及的 Future 模式的适用场景，并针对书中例子（若干名称有微调）给出一份 C++ 参考实现及其 UML 逻辑图，也列出与之相关的模式。

◆ 适用场景

当前线程将某个函数调用委托给其它线程去完成，自己可以继续后面的处理。仅在需要结果时才去获取被委托的函数的执行结果。

◆ 解决方案

将委托的函数作为 std::async 的启动函数。在需要结果时，调用 std::async 的返回对象 future 的 get() 函数，即可获取被委托的函数的执行结果。

◆ 参考实现

例子模拟了用例向主机（Host）发送请求后，过一会儿再要求获取请求结果（Data）的过程。

class Data
{

    ...

    string
    get_content()
    {
        return __content__;
    }

};


class Host
{

    ...

    future<Data>
    request(int count, char c)
    {
        ...
        future<Data> f = std::async(launch::deferred | launch::async,
                                    [=]() -> Data {
                                        for (int i = 0; i < count; ++i)
                                            std::this_thread::sleep_for(milliseconds(100));
                                        return Data(count, c);
                                    });

        ...

        return f;
    }

};

std::async 使用 async 或 deferred 的启动策略，启动 lambda 匿名函数，需要的数据（Data）被封装在 future 中返回。

...


int
main(int argc, char * argv[])
{
    ...

    std::printf("main BEGIN\n");

    Host host;
    future<Data> f1(host.request(30, 'A'));
    future<Data> f2(host.request(40, 'B'));
    future<Data> f3(host.request(50, 'C'));

    std::printf("main other Job BEGIN\n");
    std::this_thread::sleep_for(milliseconds(2000));
    std::printf("main other Job END\n");

    Data data1 = f1.get();
    Data data2 = f2.get();
    Data data3 = f3.get();

    std::printf("data1 = %s\n", data1.get_content().c_str());
    std::printf("data2 = %s\n", data2.get_content().c_str());
    std::printf("data3 = %s\n", data3.get_content().c_str());
    std::printf("main END\n");

    ...
}

用例向主机（Host）发送 3 个请求后，自行忙着别的事情（用等待 2 秒来模拟）后，立即要求获取请求结果（Data）。

以下类图展现了代码主要逻辑结构,

以下顺序图展现了线程并发中的交互。

◆ 验证测试

笔者在实验环境一中编译代码（-std=c++11）成功后运行可执行文件，

$ g++ -std=c++11 -lpthread future.cpp
$ ./a.out

运行结果如下：

...
main BEGIN
   request(30, A) BEGIN
   request(30, A) END
   request(40, B) BEGIN
   request(40, B) END
   request(50, C) BEGIN
   request(50, C) END
main other Job BEGIN
main other Job END
    (waited a while here)
data1 = AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
data2 = BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
data3 = CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
main END

Bye Future...

从输出过程可以看到，当用例执行完 other Job 后，虽然会主动获取结果，但仍然要等待几秒钟才会拿到 data 1~3 的内容。

◆ 相关模式

• Future 模式可用于 Thread-Per-Message 中，当想要获取处理结果时。
• Future 模式可用于 Worker Thread 中，当想要获取处理结果时。

◆ 最后

完整的代码请参考 [gitee] cnblogs/18842152 。更多模式请参考多线程程序设计。

致《Java多线程设计模式》的作者结城浩。写作中也参考了《C++并发编程实战》中的若干建议，致作者 Anthony Williams 和译者周全等。