接下来，我们再创建一个描述银行的Bank类。

// 09_deadlock_bank_transfer.cpp
class Bank {
public:
  void addAccount(Account* account) {
    mAccounts.insert(account);
  }
  bool transferMoney(Account* accountA, Account* accountB, double amount) {
    lock_guard guardA(*accountA->getLock()); // ①
    lock_guard guardB(*accountB->getLock());
    if (amount > accountA->getMoney()) { // ②
      return false;
    }
    accountA->changeMoney(-amount); // ③
    accountB->changeMoney(amount);
    return true;
  }
  double totalMoney() const {
    double sum = 0;
    for (auto a : mAccounts) {
      sum += a->getMoney();
    }
    return sum;
  }
private:
  set<Account*> mAccounts;
};

银行类中记录了所有的账号，并且提供了一个方法用来查询整个银行的总金额。这其中，我们最主要要关注转账的实现：transferMoney。该方法的几个关键点如下：

为了保证线程安全，在修改每个账号之前，需要获取相应的锁。
判断转出账户金额是否足够，如果不够此次转账失败。
进行转账。

有了银行和账户结构之后就可以开发转账系统了，同样的，由于是为了演示所用，我们的转账系统也会尽可能的简单：

// 09_deadlock_bank_transfer.cpp
void randomTransfer(Bank* bank, Account* accountA, Account* accountB) {
  while(true) {
    double randomMoney = ((double)rand() / RAND_MAX) * 100;
    if (bank->transferMoney(accountA, accountB, randomMoney)) {
      cout << "Transfer " << randomMoney << " from " << accountA->getName()
           << " to " << accountB->getName()
           << ", Bank totalMoney: " << bank->totalMoney() << endl;
    } else {
      cout << "Transfer failed, "
           << accountA->getName() << " has only $" << accountA->getMoney() << ", but "
           << randomMoney << " required" << endl;
    }
  }
}

这里每次生成一个随机数，然后通过银行进行转账。

最后我们在main函数中创建两个线程，互相在两个账号之间来回转账：

// 09_deadlock_bank_transfer.cpp
int main() {
  Account a("Paul", 100);
  Account b("Moira", 100);
  Bank aBank;
  aBank.addAccount(&a);
  aBank.addAccount(&b);
  thread t1(randomTransfer, &aBank, &a, &b);
  thread t2(randomTransfer, &aBank, &b, &a);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

至此，我们的银行转账系统就开发完成了。然后编译并运行，其结果可能像下面这样：

...
Transfer 13.2901 from Paul to Moira, Bank totalMoney: 20042.6259 from Moira to Paul, Bank totalMoney: 200
Transfer failed, Moira has only $34.7581, but 66.3208 required
Transfer failed, Moira has only $34.7581, but 
Transfer 93.191 from 53.9176 required
Transfer 60.6146 from Moira to Paul, Bank totalMoney: 200
Transfer 49.7304 from Moira to Paul, Bank totalMoney: 200Paul to Moira, Bank totalMoney: 
Transfer failed, Moira has only $17.6041, but 18.1186 required
Transfer failed, Moira has only $17.6041, but 18.893 required
Transfer failed, Moira has only $17.6041, but 34.7078 required
Transfer failed, Moira has only $17.6041, but 33.9569 required
Transfer 12.7899 from 200
Moira to Paul, Bank totalMoney: 200
Transfer failed, Moira has only $63.9373, but 80.9038 required
Transfer 50.933 from Moira to Paul, Bank totalMoney: 200
Transfer failed, Moira has only $13.0043, but 30.2056 required
Transfer failed, Moira has only $Transfer 59.123 from Paul to Moira, Bank totalMoney: 200
Transfer 29.0486 from Paul to Moira, Bank totalMoney: 20013.0043, but 64.7307 required

如果你运行了这个程序，你会发现很快它就卡住不动了。为什么？

因为发生了死锁。

我们仔细思考一下这两个线程的逻辑：这两个线程可能会同时获取其中一个账号的锁，然后又想获取另外一个账号的锁，此时就发生了死锁。如下图所示：

当然，发生死锁的原因远不止上面这一种情况。如果两个线程互相join就可能发生死锁。还有在一个线程中对一个不可重入的互斥体（例如mutex而非recursive_mutex）多次加锁也会死锁。

你可能会觉得，我可不会这么傻，写出这样的代码。但实际上，很多时候是由于代码的深层次嵌套导致了死锁的发生，由于调用关系的复杂导致发现这类问题并不容易。

如果仔细看一下上面的输出，我们会发现还有另外一个问题：这里的输出是乱的。两个线程的输出混杂在一起了。究其原因也很容易理解：两个线程可能会同时输出，没有做好隔离。

下面我们就来逐步解决上面的问题。

对于输出混乱的问题很好解决，专门用一把锁来保护输出逻辑即可：

// 10_improved_bank_transfer.cpp
mutex sCoutLock;
void randomTransfer(Bank* bank, Account* accountA, Account* accountB) {
  while(true) {
    double randomMoney = ((double)rand() / RAND_MAX) * 100;
    if (bank->transferMoney(accountA, accountB, randomMoney)) {
      sCoutLock.lock();
      cout << "Transfer " << randomMoney << " from " << accountA->getName()
          << " to " << accountB->getName()
          << ", Bank totalMoney: " << bank->totalMoney() << endl;
      sCoutLock.unlock();
    } else {
      sCoutLock.lock();
      cout << "Transfer failed, "
           << accountA->getName() << " has only " << accountA->getMoney() << ", but "
           << randomMoney << " required" << endl;
      sCoutLock.unlock();
    }
  }
}

请思考一下两处lock和unlock调用，并考虑为什么不在while(true)下面写一次整体的加锁和解锁。

通用锁定算法

主要API

要避免死锁，需要仔细的思考和设计业务逻辑。

有一个比较简单的原则可以避免死锁，即：对所有的锁进行排序，每次一定要按照顺序来获取锁，不允许乱序。例如：要获取某个玩具，一定要先拿到锁A，再拿到锁B，才能玩玩具。这样就不会死锁了。

这个原则虽然简单，但却不容易遵守。因为数据常常是分散在很多地方的。

不过好消息是，C++ 11标准中为我们提供了一些工具来避免因为多把锁而导致的死锁。我们只要直接调用这些接口就可以了。这个就是上面提到的两个函数。它们都支持传入多个Lockable对象。

接下来我们用它来改造之前死锁的转账系统：

// 10_improved_bank_transfer.cpp
bool transferMoney(Account* accountA, Account* accountB, double amount) {
  lock(*accountA->getLock(), *accountB->getLock());    // ①
  lock_guard lockA(*accountA->getLock(), adopt_lock);  // ②
  lock_guard lockB(*accountB->getLock(), adopt_lock);  // ③
  if (amount > accountA->getMoney()) {
    return false;
  }
  accountA->changeMoney(-amount);
  accountB->changeMoney(amount);
  return true;
}

这里只改动了3行代码。

这里通过lock函数来获取两把锁，标准库的实现会保证不会发生死锁。
lock_guard在下面我们还会详细介绍。这里只要知道它会在自身对象生命周期的范围内锁定互斥体即可。创建lock_guard的目的是为了在transferMoney结束的时候释放锁，lockB也是一样。但需要注意的是，这里传递了 adopt_lock表示：现在是已经获取到互斥体了的状态了，不用再次加锁（如果不加adopt_lock就是二次锁定了）。

运行一下这个改造后的程序，其输出如下所示：

...
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 17.5974 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 59.2104 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 49.6379 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 63.6373 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 51.8742 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 50.0081 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 86.1041 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 51.3278 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 66.5754 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 32.1867 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 62.0039 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 98.7819 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 27.046 required
Transfer failed, Paul has only $1.76243, but 62.9155 required
Transfer 98.8478 from Moira to Paul, Bank totalMoney: 200
Transfer 80.0722 from Moira to Paul, Bank totalMoney: 200
Transfer 73.7035 from Moira to Paul, Bank totalMoney: 200
Transfer 34.4476 from Moira to Paul, Bank totalMoney: 200
Transfer failed, Moira has only $10.0142, but 61.3033 required
Transfer failed, Moira has only $10.0142, but 24.5595 required
...

现在这个转账程序会一直运行下去，不会再死锁了。输出也是正常的了。

通用互斥管理

主要API

互斥体（mutex相关类）提供了对于资源的保护功能，但是手动的锁定（调用lock或者try_lock）和解锁（调用unlock）互斥体是要耗费比较大的精力的，我们需要精心考虑和设计代码才行。因为我们需要保证，在任何情况下，解锁要和加锁配对，因为假设出现一条路径导致获取锁之后没有正常释放，就会影响整个系统。如果考虑方法还可以会抛出异常，这样的代码写起来会很费劲。

鉴于这个原因，标准库就提供了上面的这些API。它们都使用了叫做RAII的编程技巧，来简化我们手动加锁和解锁的“体力活”。

请看下面的例子：

// https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/lock_guard
#include <thread>
#include <mutex>
#include <iostream>
int g_i = 0;
std::mutex g_i_mutex;  // ①
void safe_increment()
{
  std::lock_guard<std::mutex> lock(g_i_mutex);  // ②
  ++g_i;
  std::cout << std::this_thread::get_id() << ": " << g_i << '\n';
  // ③
}
int main()
{
  std::cout << "main: " << g_i << '\n';
  std::thread t1(safe_increment); // ④
  std::thread t2(safe_increment);
  t1.join();
  t2.join();
  std::cout << "main: " << g_i << '\n';
}

这段代码中：

全局的互斥体g_i_mutex用来保护全局变量g_i
这是一个设计为可以被多线程环境使用的方法。因此需要通过互斥体来进行保护。这里没有调用lock方法，而是直接使用lock_guard来锁定互斥体。
在方法结束的时候，局部变量std::lock_guard lock会被销毁，它对互斥体的锁定也就解除了。
在多个线程中使用这个方法。

RAII

上面的几个类（lock_guard，unique_lock，shared_lock，scoped_lock）都使用了一个叫做RAII的编程技巧。

RAII全称是Resource Acquisition Is Initialization，直译过来就是：资源获取即初始化。

RAII是一种C++编程技术，它将必须在使用前请求的资源（例如：分配的堆内存、执行线程、打开的套接字、打开的文件、锁定的互斥体、磁盘空间、数据库连接等——任何存在受限供给中的事物）的生命周期与一个对象的生存周期相绑定。RAII保证资源可用于任何会访问该对象的函数。它亦保证所有资源在其控制对象的生存期结束时，以获取顺序的逆序释放。类似地，若资源获取失败（构造函数以异常退出），则为已构造完成的对象和基类子对象所获取的所有资源，会以初始化顺序的逆序释放。这有效地利用了语言特性以消除内存泄漏并保证异常安全。

RAII 可总结如下:

将每个资源封装入一个类，其中：

构造函数请求资源，并建立所有类不变式，或在它无法完成时抛出异常，
析构函数释放资源并决不抛出异常；

始终经由 RAII 类的实例使用满足要求的资源，该资源

自身拥有自动存储期或临时生存期，或
具有与自动或临时对象的生存期绑定的生存期

回想一下上文中的transferMoney方法中的三行代码：

lock(*accountA->getLock(), *accountB->getLock());
lock_guard lockA(*accountA->getLock(), adopt_lock);
lock_guard lockB(*accountB->getLock(), adopt_lock);

如果使用unique_lock这三行代码还有一种等价的写法：

unique_lock lockA(*accountA->getLock(), defer_lock);
unique_lock lockB(*accountB->getLock(), defer_lock);
lock(*accountA->getLock(), *accountB->getLock());

请注意这里lock方法的调用位置。这里先定义unique_lock指定了defer_lock，因此实际没有锁定互斥体，而是到第三行才进行锁定。

最后，借助scoped_lock，我们可以将三行代码合成一行，这种写法也是等价的。

scoped_lock lockAll(*accountA->getLock(), *accountB->getLock());

scoped_lock会在其生命周期范围内锁定互斥体，销毁的时候解锁。同时，它可以锁定多个互斥体，并且避免死锁。

目前，只还有shared_lock我们没有提到。它与其他几个类的区别在于：它是以共享的方式锁定互斥体。

条件变量

| API | C++标准 | 说明 |
| condition_variable | C++ 11 | 提供与 std::unique_lock 关联的条件变量 |
| condition_variable_any | C++ 11 |提供与任何锁类型关联的条件变量 |
| notify_all_at_thread_exit |C++ 11 | 安排到在此线程完全结束时对 notify_all 的调用 |
| cv_status | C++ 11 |列出条件变量上定时等待的可能结果 |

至此，我们还有一个地方可以改进。那就是：转账金额不足的时候，程序直接返回了false。这很难说是一个好的策略。因为，即便虽然当前账号金额不足以转账，但只要别的账号又转账进来之后，当前这个转账操作也许就可以继续执行了。

这在很多业务中是很常见的一个需求：每一次操作都要正确执行，如果条件不满足就停下来等待，直到条件满足之后再继续。而不是直接返回。

条件变量提供了一个可以让多个线程间同步协作的功能。这对于生产者-消费者模型很有意义。在这个模型下：

生产者和消费者共享一个工作区。这个区间的大小是有限的。
生产者总是产生数据放入工作区中，当工作区满了。它就停下来等消费者消费一部分数据，然后继续工作。
消费者总是从工作区中拿出数据使用。当工作区中的数据全部被消费空了之后，它也会停下来等待生产者往工作区中放入新的数据。

从上面可以看到，无论是生产者还是消费者，当它们工作的条件不满足时，它们并不是直接报错返回，而是停下来等待，直到条件满足。

下面我们就借助于条件变量，再次改造之前的银行转账系统。

这个改造主要在于账号类。我们重点是要调整changeMoney方法。

// 11_bank_transfer_wait_notify.cpp
class Account {
public:
  Account(string name, double money): mName(name), mMoney(money) {};
public:
  void changeMoney(double amount) {
    unique_lock lock(mMoneyLock); // ②
    mConditionVar.wait(lock, [this, amount] { // ③
      return mMoney + amount > 0; // ④
    });
    mMoney += amount;
    mConditionVar.notify_all(); // ⑤
  }
  string getName() {
    return mName;
  }
  double getMoney() {
    return mMoney;
  }
private:
  string mName;
  double mMoney;
  mutex mMoneyLock;
  condition_variable mConditionVar; // ①
};

这几处改动说明如下：

这里声明了一个条件变量，用来在多个线程之间协作。
这里使用的是unique_lock，这是为了与条件变量相配合。因为条件变量会解锁和重新锁定互斥体。
这里是比较重要的一个地方：通过条件变量进行等待。此时：会通过后面的lambda表达式判断条件是否满足。如果满足则继续；如果不满足，则此处会解锁互斥体，并让当前线程等待。解锁这一点非常重要，因为只有这样，才能让其他线程获取互斥体。
这里是条件变量等待的条件。如果你不熟悉lambda表达式，请自行网上学习，或者阅读我之前写的文章。
此处也很重要。当金额发生变动之后，我们需要通知所有在条件变量上等待的其他线程。此时所有调用wait线程都会再次唤醒，然后尝试获取锁（当然，只有一个能获取到）并再次判断条件是否满足。除了notify_all还有notify_one，它只通知一个等待的线程。wait和notify就构成了线程间互相协作的工具。

请注意：wait和notify_all虽然是写在一个函数中的，但是在运行时它们是在多线程环境中执行的，因此对于这段代码，需要能够从不同线程的角度去思考代码的逻辑。这也是开发并发系统比较难的地方。

有了上面的改动之后，银行的转账方法实现起来就很简单了，不用再考虑数据保护的问题了：

// 11_bank_transfer_wait_notify.cpp
void Bank::transferMoney(Account* accountA, Account* accountB, double amount) {
    accountA->changeMoney(-amount);
    accountB->changeMoney(amount);
}

当然，转账逻辑也会变得简单，不用再管转账失败的情况发生。

// 11_bank_transfer_wait_notify.cpp
mutex sCoutLock;
void randomTransfer(Bank* bank, Account* accountA, Account* accountB) {
  while(true) {
    double randomMoney = ((double)rand() / RAND_MAX) * 100;
    {
      lock_guard guard(sCoutLock);
      cout << "Try to Transfer " << randomMoney
           << " from " << accountA->getName() << "(" << accountA->getMoney()
           << ") to " << accountB->getName() << "(" << accountB->getMoney()
           << "), Bank totalMoney: " << bank->totalMoney() << endl;
    }
    bank->transferMoney(accountA, accountB, randomMoney);
  }
}

修改完之后的程序运行输出如下：

...
Try to Transfer 13.72 from Moira(10.9287) to Paul(189.071), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 28.6579 from Paul(189.071) to Moira(10.9287), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 91.8049 from Paul(160.413) to Moira(39.5866), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 5.56383 from Paul(82.3285) to Moira(117.672), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 11.3594 from Paul(76.7646) to Moira(123.235), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 16.9557 from Paul(65.4053) to Moira(134.595), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 74.998 from Paul(48.4495) to Moira(151.55), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 65.3005 from Moira(151.55) to Paul(48.4495), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 90.6084 from Moira(86.25) to Paul(113.75), Bank totalMoney: 125.002
Try to Transfer 99.6425 from Moira(70.6395) to Paul(129.36), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 55.2091 from Paul(129.36) to Moira(70.6395), Bank totalMoney: 200
Try to Transfer 92.259 from Paul(74.1513) to Moira(125.849), Bank totalMoney: 200
...

这下比之前都要好了。

但是细心的读者会发现，Bank totalMoney的输出有时候是200，有时候不是。但不管怎样，即便这一次不是，下一次又是了。关于这一点，请读者自行思考一下为什么，以及如何改进。

future

这一小节中，我们来熟悉更多的可以在并发环境中使用的工具，它们都位于头文件中。

async

很多语言都提供了异步的机制。异步使得耗时的操作不影响当前主线程的执行流。

在C++11中，async便是完成这样的功能的。下面是一个代码示例：

// 12_async_task.cpp
static const int MAX = 10e8;
static double sum = 0;
void worker(int min, int max) {
  for (int i = min; i <= max; i++) {
    sum += sqrt(i);
  }
}
int main() {
  sum = 0;
  auto f1 = async(worker, 0, MAX);
  cout << "Async task triggered" << endl;
  f1.wait();
  cout << "Async task finish, result: " << sum << endl << endl;
}

这仍然是我们之前熟悉的例子。这里有两个地方需要说明：

这里以异步的方式启动了任务。它会返回一个future对象。future用来存储异步任务的执行结果，关于future我们在后面packaged_task的例子中再详细说明。在这个例子中我们仅仅用它来等待任务执行完成。
此处是等待异步任务执行完成。

需要注意的是，默认情况下，async是启动一个新的线程，还是以同步的方式（不启动新的线程）运行任务，这一点标准是没有指定的，由具体的编译器决定。如果希望一定要以新的线程来异步执行任务，可以通过launch::async来明确说明。launch中有两个常量：

async：运行新线程，以异步执行任务。
deferred：调用方线程上第一次请求其结果时才执行任务，即惰性求值。

除了通过函数来指定异步任务，还可以lambda表达式的方式来指定。如下所示：

// 12_async_task.cpp
int main() {
  double result = 0;
  cout << "Async task with lambda triggered, thread: " << this_thread::get_id() << endl;
  auto f2 = async(launch::async, [&result]() {
    cout << "Lambda task in thread: " << this_thread::get_id() << endl;
    for (int i = 0; i <= MAX; i++) {
      result += sqrt(i);
    }
  });
  f2.wait();
  cout << "Async task with lambda finish, result: " << result << endl << endl;
  return 0;
}

在上面这段代码中，我们使用一个lambda表达式来编写异步任务的逻辑，并通过launch::async明确指定要通过独立的线程来执行任务，同时我们打印出了线程的id。

这段代码输出如下：

Async task with lambda triggered, thread: 0x11290d5c0
Lambda task in thread: 0x700007aa1000
Async task with lambda finish, result: 2.10819e+13

对于面向对象编程来说，很多时候肯定希望以对象的方法来指定异步任务。下面是一个示例：

// 12_async_task.cpp
class Worker {
public:
  Worker(int min, int max): mMin(min), mMax(max) {} // ①
  double work() { // ②
    mResult = 0;
    for (int i = mMin; i <= mMax; i++) {
      mResult += sqrt(i);
    }
    return mResult;
  }
  double getResult() {
    return mResult;
  }
private:
  int mMin;
  int mMax;
  double mResult;
};
int main() {
  Worker w(0, MAX);
  cout << "Task in class triggered" << endl;
  auto f3 = async(&Worker::work, &w); // ③
  f3.wait();
  cout << "Task in class finish, result: " << w.getResult() << endl << endl;
  return 0;
}

这段代码有三处需要说明：

这里通过一个类来描述任务。这个类是对前面提到的任务的封装。它包含了任务的输入参数，和输出结果。
work函数是任务的主体逻辑。
通过async执行任务：这里指定了具体的任务函数以及相应的对象。请注意这里是&w，因此传递的是对象的指针。如果不写&将传入w对象的临时复制。

packaged_task

在一些业务中，我们可能会有很多的任务需要调度。这时我们常常会设计出任务队列和线程池的结构。此时，就可以使用packaged_task来包装任务。

如果你了解设计模式，你应该会知道命令模式。

packaged_task绑定到一个函数或者可调用对象上。当它被调用时，它就会调用其绑定的函数或者可调用对象。并且，可以通过与之相关联的future来获取任务的结果。调度程序只需要处理packaged_task，而非各个函数。

packaged_task对象是一个可调用对象，它可以被封装成一个std::fucntion，或者作为线程函数传递给std::thread，或者直接调用。

下面是一个代码示例：

// 13_packaged_task.cpp
double concurrent_worker(int min, int max) {
  double sum = 0;
  for (int i = min; i <= max; i++) {
    sum += sqrt(i);
  }
  return sum;
}
double concurrent_task(int min, int max) {
  vector<future<double>> results; // ①
  unsigned concurrent_count = thread::hardware_concurrency();
  min = 0;
  for (int i = 0; i < concurrent_count; i++) { // ②
    packaged_task<double(int, int)> task(concurrent_worker); // ③
    results.push_back(task.get_future()); // ④
    int range = max / concurrent_count * (i + 1);
    thread t(std::move(task), min, range); // ⑤
    t.detach();
    min = range + 1;
  }
  cout << "threads create finish" << endl;
  double sum = 0;
  for (auto& r : results) {
    sum += r.get(); ⑥
  }
  return sum;
}
int main() {
  auto start_time = chrono::steady_clock::now();
  double r = concurrent_task(0, MAX);
  auto end_time = chrono::steady_clock::now();
  auto ms = chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(end_time - start_time).count();
  cout << "Concurrent task finish, " << ms << " ms consumed, Result: " << r << endl;
  return 0;
}

在这段代码中：

首先创建一个集合来存储future对象。我们将用它来获取任务的结果。
同样的，根据CPU的情况来创建线程的数量。
将任务包装成packaged_task。请注意，由于concurrent_worker被包装成了任务，我们无法直接获取它的return值。而是要通过future对象来获取。
获取任务关联的future对象，并将其存入集合中。
通过一个新的线程来执行任务，并传入需要的参数。
通过future集合，逐个获取每个任务的计算结果，将其累加。这里r.get()获取到的就是每个任务中concurrent_worker的返回值。

为了简单起见，这里的示例只使用了我们熟悉的例子和结构。但在实际上的工程中，调用关系通常更复杂，你可以借助于packaged_task将任务组装成队列，然后通过线程池的方式进行调度：

promise与future

在上面的例子中，concurrent_task的结果是通过return返回的。但在一些时候，我们可能不能这么做：在得到任务结果之后，可能还有一些事情需要继续处理，例如清理工作。

这个时候，就可以将promise与future配对使用。这样就可以将返回结果和任务结束两个事情分开。

下面是对上面代码示例的改写：

// 14_promise_future.cpp
double concurrent_worker(int min, int max) {
  double sum = 0;
  for (int i = min; i <= max; i++) {
    sum += sqrt(i);
  }
  return sum;
}
void concurrent_task(int min, int max, promise<double>* result) { // ①
  vector<future<double>> results;
  unsigned concurrent_count = thread::hardware_concurrency();
  min = 0;
  for (int i = 0; i < concurrent_count; i++) {
    packaged_task<double(int, int)> task(concurrent_worker);
    results.push_back(task.get_future()); 
    int range = max / concurrent_count * (i + 1);
    thread t(std::move(task), min, range);
    t.detach();
    min = range + 1;
  }
  cout << "threads create finish" << endl;
  double sum = 0;
  for (auto& r : results) {
    sum += r.get();
  }
  result->set_value(sum); // ②
  cout << "concurrent_task finish" << endl;
}
int main() {
  auto start_time = chrono::steady_clock::now();
  promise<double> sum; // ③
  concurrent_task(0, MAX, &sum);
  auto end_time = chrono::steady_clock::now();
  auto ms = chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(end_time - start_time).count();
  cout << "Concurrent task finish, " << ms << " ms consumed." << endl;
  cout << "Result: " << sum.get_future().get() << endl; // ④
  return 0;
}

这段代码和上面的示例在很大程度上是一样的。只有小部分内容做了改动：

concurrent_task不再直接返回计算结果，而是增加了一个promise对象来存放结果。
在任务计算完成之后，将总结过设置到promise对象上。一旦这里调用了set_value，其相关联的future对象就会就绪。
这里是在main中创建一个promoise来存放结果，并以指针的形式传递进concurrent_task中。
通过sum.get_future().get()来获取结果。第2点中已经说了：一旦调用了set_value，其相关联的future对象就会就绪。

需要注意的是，future对象只有被一个线程获取值。并且在调用get()之后，就没有可以获取的值了。如果从多个线程调用get()会出现数据竞争，其结果是未定义的。

如果真的需要在多个线程中获取future的结果，可以使用shared_future。

并行算法

从C++17开始。和头文件的中的很多算法都添加了一个新的参数：sequenced_policy。

借助这个参数，开发者可以直接使用这些算法的并行版本，不用再自己创建并发系统和划分数据来调度这些算法。

sequenced_policy可能的取值有三种，它们的说明如下：

注意：本文的前面已经提到，目前clang编译器还不支持这个功能。因此想要编译这部分代码，你需要使用gcc 9.0或更高版本，同时还需要安装Intel Threading Building Blocks。

下面还是通过一个示例来进行说明：

// 15_parallel_algorithm.cpp
void generateRandomData(vector<double>& collection, int size) {
  random_device rd;
  mt19937 mt(rd());
  uniform_real_distribution<double> dist(1.0, 100.0);
  for (int i = 0; i < size; i++) {
    collection.push_back(dist(mt));
  }
}
int main() {
  vector<double> collection;
  generateRandomData(collection, 10e6); // ①
  vector<double> copy1(collection); // ②
  vector<double> copy2(collection);
  vector<double> copy3(collection);
auto time1 = chrono::steady_clock::now(); // ③
  sort(execution::seq, copy1.begin(), copy1.end()); // ④
  auto time2 = chrono::steady_clock::now();
  auto duration = chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(time2 - time1).count();
  cout << "Sequenced sort consuming " << duration << "ms." << endl; // ⑤
  auto time3 = chrono::steady_clock::now();
  sort(execution::par, copy2.begin(),copy2.end()); // ⑥
  auto time4 = chrono::steady_clock::now();
  duration = chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(time4 - time3).count();
  cout << "Parallel sort consuming " << duration << "ms." << endl;
  auto time5 = chrono::steady_clock::now();
  sort(execution::par_unseq, copy2.begin(),copy2.end()); // ⑦
  auto time6 = chrono::steady_clock::now();
  duration = chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(time6 - time5).count();
  cout << "Parallel unsequenced sort consuming " << duration << "ms." << endl;
}

这段代码很简单：

通过一个函数生成1000,000个随机数。
将数据拷贝3份，以备使用。
接下来将通过三个不同的parallel_policy参数来调用同样的sort算法。每次调用记录开始和结束的时间。
第一次调用使用std::execution::seq参数。
输出本次测试所使用的时间。
第二次调用使用std::execution::par参数。
第三次调用使用std::execution::par_unseq参数。

该程序的输出如下

Sequenced sort consuming 4464ms.
Parallel sort consuming 459ms.
Parallel unsequenced sort consuming 168ms.

可以看到，性能最好的和最差的相差了超过26倍。

硬核！C++并发编程（C++11到C++17）二

通用锁定算法

通用互斥管理

RAII

条件变量

future

async

packaged_task

promise与future

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