Параллельное программирование на С++ в действии. Практика разработки многопоточных программ - [42]

public:
 template
 explicit packaged_task(Callable&& f);

 std::future get_future();
 void operator()(std::vector*, int);
};

Таким образом, std::packaged_task — допускающий вызов объект, и, значит, его можно обернуть объектом std::function, передать std::thread в качестве функции потока, передать любой другой функции, которая ожидает допускающий вызов объект, или даже вызвать напрямую. Если std::packaged_task вызывается как объект-функция, то аргументы, переданные оператору вызова, без изменения передаются обернутой им функции, а возвращенное значение сохраняется в виде асинхронного результата в объекте std::future, полученном от get_future(). Следовательно, мы можем обернуть задачу в std::packaged_task и извлечь будущий результат перед тем, как передавать объект std::packaged_task в то место, из которого он будет в свое время вызван. Когда результат понадобится, нужно будет подождать готовности будущего результата. В следующем примере показано, как всё это делается на практике.

Передача задач между потоками

Во многих каркасах для разработки пользовательского интерфейса требуется, чтобы интерфейс обновлялся только в специально выделенных потоках. Если какому-то другому потоку потребуется обновить интерфейс, то он должен послать сообщение одному из таких выделенных потоков, чтобы тот выполнил операцию. Шаблон std::packaged_task позволяет решить эту задачу, не заводя специальных сообщений для каждой относящейся к пользовательскому интерфейсу операции.

Листинг 4.9. Выполнение кода в потоке пользовательского интерфейса с применением std::packaged_task

#include
#include
#include
#include
#include

std::mutex m;
std::deque> tasks;

bool gui_shutdown_message_received();
void get_and_process_gui_message();

void gui_thread() {                         ←(1)

 while (!gui_shutdown_message_received()) { ←(2)

  get_and_process_gui_message();            ←(3)

  std::packaged_task task; {
   std::lock_guard lk(m);

   if (tasks empty())                       ←(4)

    continue;

   task = std::move(tasks.front());         ←(5)

   tasks.pop_front();
  }

 task();                                    ←(6)

 }
}

std::thread gui_bg_thread(gui_thread);

template
std::future post_task_for_gui_thread(Func f) {

 std::packaged_task task(f);       ←(7)

 std::future res = task.get_future();←(8)

 std::lock_guard lk(m);

 tasks.push_back(std::move(task));         ←(9)

 return res;                               ←(10)

}

Код очень простой: поток пользовательского интерфейса (1) повторяет цикл, пока не будет получено сообщение о необходимости завершить работу (2). На каждой итерации проверяется, есть ли готовые для обработки сообщения GUI (3), например события мыши, или новые задачи в очереди. Если задач нет (4), программа переходит на начало цикла; в противном случае извлекает задачу из очереди (5), освобождает защищающий очередь мьютекс и исполняет задачу (6). По завершении задачи будет готов ассоциированный с ней будущий результат.

Помещение задачи в очередь ничуть не сложнее: по предоставленной функции создается новая упакованная задача (7), для получения ее будущего результата вызывается функция-член get_future()(8), после чего задача помещается в очередь (9) еще до того, как станет доступен будущий результат (10). Затем часть программы, которая отправляла сообщение потоку пользовательского интерфейса, может дождаться будущего результата, если хочет знать, как завершилась задача, или отбросить его, если это несущественно.

В этом примере мы использовали класс std::packaged_task для задач, обертывающих функцию или иной допускающий вызов объект, который не принимает параметров и возвращает void (если он вернет что-то другое, то возвращенное значение будет отброшено). Это простейшая из всех возможных задач, но, как мы видели ранее, шаблон std::packaged_task применим и в более сложных ситуациях — задав другую сигнатуру функции в качестве параметра шаблона, вы сможете изменить тип возвращаемого значения (и, стало быть, тип данных, которые хранятся в состоянии, ассоциированном с будущим объектом), а также типы аргументов оператора вызова. Наш пример легко обобщается на задачи, которые должны выполняться в потоке GUI и при этом принимают аргументы и возвращают в std::future какие-то данные, а не только индикатор успешности завершения.

А как быть с задачами, которые нельзя выразить в виде простого вызова функции, или такими, где результат может поступать из нескольких мест? Эти проблемы решаются с помощью еще одного способа создания будущего результата: явного задания значения с помощью шаблона класса std::promise[8].

4.2.3. Использование >std::promise

При написании сетевых серверных программ часто возникает искушение обрабатывать каждый запрос на соединение в отдельном потоке, поскольку при такой структуре порядок коммуникации становится нагляднее и проще для программирования. Этот подход срабатывает, пока количество соединений (и, следовательно, потоков) не слишком велико. Но с ростом числа потоков увеличивается и объем потребляемых ресурсов операционной системы, а равно частота контекстных переключений (если число потоков превышает уровень аппаратного параллелизма), что негативно сказывается на производительности. В предельном случае у операционной системы могут закончиться ресурсы для запуска новых потоков, хотя пропускная способность сети еще не исчерпана. Поэтому в приложениях, обслуживающих очень большое число соединений, обычно создают совсем немного потоков (быть может, всего один), каждый из которых одновременно обрабатывает несколько запросов.