Энтони Уильямс - Параллельное программирование на С++ в действии. Практика разработки многопоточных программ

Есть еще один способ сохранить исключение в будущем результате: уничтожить ассоциированный с ним объект std::promiseили std::packaged_task, не вызывая функцию установки значения в случае обещания или не обратившись к упакованной задаче. В любом случае деструктор std::promiseили std::packaged_taskсохранит в ассоциированном состоянии исключение типа std::future_error, в котором код ошибки равен std::future_errc::broken_promise, если только будущий результат еще не готов ; создавая объект-будущее, вы даете обещание предоставить значение или исключение, а, уничтожая объект, не задав ни того, ни другого, вы это обещание нарушаете. Если бы компилятор в этом случае не сохранил ничего в будущем результате, то ожидающие потоки могли бы никогда не выйти из состояния ожидания.

До сих пор мы во всех примерах использовали std::future. Однако у этого шаблонного класса есть ограничения, и не в последнюю очередь тот факт, что результата может ожидать только один поток. Если требуется, чтобы одного события ждали несколько потоков, то придётся воспользоваться классом std::shared_future.

Хотя класс std::futureсам заботится о синхронизации, необходимой для передачи данных из одного потока в другой, обращения к функциям-членам одного и того же экземпляра std::futureне синхронизированы между собой. Работа с одним объектом std::futureиз нескольких потоков без дополнительной синхронизации может закончиться гонкой за данными и неопределенным поведением. Так и задумано: std::futureмоделирует единоличное владение результатом асинхронного вычисления, и одноразовая природа get()в любом случае делает параллельный доступ бессмысленным — извлечь значение может только один поток, поскольку после первого обращения к get()никакого значения не остается.

Но если дизайн вашей фантастической параллельной программы требует, чтобы одного события могли ждать несколько потоков, то не отчаивайтесь: на этот случай предусмотрен шаблон класса std::shared_future. Если std::futureдопускает только перемещение , чтобы владение можно было передавать от одного экземпляра другому, но в каждый момент времени на асинхронный результат ссылался лишь один экземпляр, то экземпляры std::shared_futureдопускают и копирование , то есть на одно и то же ассоциированное состояние могут ссылать несколько объектов.

Но и функции-члены объекта std::shared_futureне синхронизированы, поэтому во избежание гонки за данными при доступе к одному объекту из нескольких потоков вы сами должны обеспечить защиту. Но более предпочтительный способ — скопировать объект, так чтобы каждый поток работал со своей копией. Доступ к разделяемому асинхронному состоянию из нескольких потоков безопасен, если каждый поток обращается к этому состоянию через свой собственный объект std::shared_future. См. Рис. 4.1.

Рис. 4.1.Использование нескольких объектов std::shared_future, чтобы избежать гонки за данными

Одно из потенциальных применений std::shared_future— реализация параллельных вычислений наподобие применяемых в сложных электронных таблицах: у каждой ячейки имеется единственное окончательное значение, на которое могут ссылаться формулы, хранящиеся в нескольких других ячейках. Формулы для вычисления значений в зависимых ячейках могут использовать std::shared_futureдля ссылки на первую ячейку. Если формулы во всех ячейках вычисляются параллельно, то задачи, которые могут дойти до конца, дойдут, а те, что зависят от результатов вычислений других ячеек, окажутся заблокированы до разрешения зависимостей. Таким образом, система сможет но максимуму задействовать доступный аппаратный параллелизм.

Экземпляры std::shared_future, ссылающиеся на некоторое асинхронное состояние, конструируются из экземпляров std::future, ссылающихся на то же состояние. Поскольку объект std::futureне разделяет владение асинхронным состоянием ни с каким другим объектом, то передавать владение объекту std::shared_futureнеобходимо с помощью std::move, что оставляет std::futureс пустым состоянием, как если бы он был сконструирован по умолчанию:

std::promise p;

std::future f(p.get_future())← (1) Будущий результат f

assert(f.valid()); действителен

std::shared_future sf(std::move(f));