Параллельное программирование на С++ в действии. Практика разработки многопоточных программ - [48]
>std::this_thread::sleep_until(). Обе работают как будильник: поток засыпает либо на указанный интервал (в случае >sleep_for()), либо до указанного момента времени (в случае >sleep_until()). Функцию >sleep_for() имеет смысл применять в ситуации, описанной в разделе 4.1, когда что-то необходимо делать периодически и важна лишь продолжительность периода. С другой стороны, функция >sleep_until() позволяет запланировать пробуждение потока в конкретный момент времени, например: запустить в полночь резервное копирование, начать в 6 утра распечатку платёжной ведомости или приостановить поток до момента следующего обновления кадра при воспроизведении видео.Разумеется, таймаут принимают не только функции типа >sleep. Выше мы видели, что таймаут можно задавать при ожидании условных переменных и будущих результатов. А также при попытке захватить мьютекс, если сам мьютекс такую возможность поддерживает. Обычные классы >std::mutex и >std::recursive_mutex не поддерживают таймаут при захвате, зато его поддерживают классы >std::timed_mutex и >std::recursive_timed_mutex. В том и в другом имеются функции-члены >try_lock_for() и >try_lock_until(), которые пытаются получить блокировку в течение указанного интервала или до наступления указанного момента времени. В табл. 4.1 перечислены функции из стандартной библиотеки С++, которые принимают таймауты, их параметры и возвращаемые значения. Параметр >duration должен быть объектом типа >std::duration<>, а параметр >time_point — объектом типа >std::time_point<>.
Таблица 4.1. Функции, принимающие таймаут
| Класс / пространство имен | Функции | Возвращаемые значения |
|---|---|---|
>std::this_thread пространство имен | >sleep_for(duration) sleep_until(time_point) | Неприменимо |
>std::condition_variable или >std::condition_variable_any | >wait_for(lock, duration) wait_until(lock, time_point) | >std::cv_status::timeout или >std::cv_status::no_timeout |
>wait_for(lock, duration, predicate) wait_until(lock, time_point, predicate) | >bool — значение, возвращенное предикатом >predicate при пробуждении | |
>std::timed_mutex или >std::recursive_timed_mutex | >try_lock_for(duration) try_lock_until(time_point) | >bool — >true, если мьютекс захвачен, иначе >false |
>std::unique_lock<TimedLockable> | >unique_lock(lockable, duration) unique_lock(lockable, time_point) | Неприменимо — функция >owns_lock() для вновь сконструированного объекта возвращает >true, если мьютекс захвачен, иначе >false |
>try_lock_for(duration) try_lock_until(time_point) | >bool — >true, если мьютекс захвачен, иначе >false | |
>std::future или >std::shared_future | >wait_for(duration) wait_until(time_point) | >std::future_status::timeout, если истек таймаут, >std::future_status::ready, если будущий результат готов, >std::future_status::deferred, если в будущем результате хранится отложенная функция, которая еще не начала исполняться |
Теперь, когда мы рассмотрели условные переменные, будущие результаты, обещания и упакованные задачи, настало время представить более широкую картину их применения для синхронизации операций, выполняемых в разных потоках.
4.4. Применение синхронизации операций для упрощения кода
Использование описанных выше средств синхронизации в качестве строительных блоков позволяет сосредоточиться на самих нуждающихся в синхронизации операциях, а не на механизмах реализации. В частности, код можно упростить, применяя более функциональный (в смысле функционального программирования) подход к программированию параллелизма. Вместо того чтобы напрямую разделять данные между потоками, мы можем снабдить каждый поток необходимыми ему данными, а результаты вычисления предоставить другим потокам, которые в них заинтересованы, с помощью будущих результатов.
4.4.1. Функциональное программирование с применением будущих результатов
Термином функциональное программирование (ФП) называют такой стиль программирования, при котором результат функции зависит только от ее параметров, но не от внешнего состояния. Это напрямую соотносится с понятием функции в математике и означает, что если два раза вызвать функцию с одними и теми же параметрами, то получатся одинаковые результаты. Таким свойством обладают многие математические функции в стандартной библиотеке С++, например >sin, >cos и >sqrt, а также простые операции над примитивными типами, например >3+3, >6*9 или >1.3/4.7. Чистая функция не модифицирует никакое внешнее состояние, она воздействует только на возвращаемое значение.
При таком подходе становится проще рассуждать о функциях, особенно в присутствии параллелизма, поскольку многие связанные с разделяемой памятью проблемы, обсуждавшиеся в главе 3, просто не возникают. Если разделяемые данные не модифицируются, то не может быть никакой гонки и, стало быть, не нужно защищать данные с помощью мьютексов. Это упрощение настолько существенно, что в программировании параллельных систем все более популярны становятся такие языки, как Haskell[9], где все функции чистые по умолчанию. В таком окружении нечистые функции, которые все же модифицируют разделяемые данные, отчетливо выделяются, поэтому становится проще рассуждать о том, как они укладываются в общую структуру приложения.
