std :: promise set_value和线程安全

Question

我对线程安全方面的要求有点困惑std::promise::set_value().

该标准说:

效果:以原子方式将值r存储在共享状态中并使该状态准备就绪

但是,它也说promise::set_value()只能用于设置一次值.如果多次调用,std::future_error则抛出a.因此,您只能设置一次承诺的值.

实际上,几乎每个教程,在线代码示例或实际用例都std::promise涉及两个线程之间的通信通道,其中一个线程调用std::future::get(),另一个线程调用std::promise::set_value().

我从来没有见过多个线程可能调用的用例std::promise::set_value(),即使他们这样做,除了一个std::future_error之外的所有线程都会引发异常.

那么为什么调用的标准命令std::promise::set_value()是原子的呢？std::promise::set_value()同时从多个线程调用的用例是什么？

---

编辑:

由于这里的最高投票答案并没有真正回答我的问题,我认为我所要求的不清楚.所以,澄清一下:我知道未来和承诺是什么以及它们如何运作.我的问题是,具体来说,为什么标准坚持认为std::promise::set_value()必须是原子的？这是一个更为微妙的问题,而不是"为什么呼叫promise::set_value()和呼叫之间不能有竞争future::get()"？

事实上,这里的许多答案(错误地)都会回答原因是因为如果std::promise::set_value()不是原子的,那么std::future::get()可能会导致竞争条件.但是这是错误的.

避免竞争条件的唯一要求是std::promise::set_value()必须具有与之发生的关系std::future::get()- 换句话说,必须保证在std::future::wait()返回时std::promise::set_value()已完成.

这与std::promise::set_value()原子本身是否完全正交.在使用条件变量的典型实现中,std::future::get()/wait()将等待条件变量.然后,std::promise::set_value()可以非原子地执行任何任意复杂的计算来设置实际值.然后它将通知共享条件变量(暗示具有释放语义的内存栅栏),std::future::get()并将唤醒并安全地读取结果.

因此,std::promise::set_value()本身并不需要原子来避免竞争条件 - 它只需要满足与之发生的关系std::future::get().

所以再一次,我的问题是:为什么 C++标准坚持认为std::promise::set_value()必须实际上是一个原子操作,好像一个调用std::promise::set_value()是完全在互斥锁下执行的？除非有多个原因或用例std::promise::set_value()同时调用多个线程,否则我认为没有理由存在此要求.我想不出这样一个用例,因此这个问题.

Answer 1

如果它不是原子存储，那么两个线程可以同时调用promise::set_value，这将执行以下操作：

1. 检查未来还没有准备好（例如，具有储值或异常）
2. 储存价值
3. • 标记状态就绪
   • 释放任何阻碍共享状态就绪的东西

通过使该序列原子，第一个线程来执行（1）获取一路走过来（3），以及任何其他线程调用promise::set_value在同一时间将在（1）失败并养future_error有promise_already_satisfied。

如果没有原子性，则两个线程可能会存储它们的值，然后一个线程会成功地将状态标记为就绪，而另一个线程会引发异常，即相同的结果，只是线程中看到异常的值可能是相同的。通过了。

在许多情况下，哪个线程“获胜”可能无关紧要，但是当它重要时，如果没有原子性保证，您将需要在promise::set_value调用周围包装另一个互斥体。其他方法（例如比较和交换）将不起作用，因为您无法检查未来（除非是shared_future）来查看您的价值是否赢了。

当哪个线程“获胜”无关紧要时，您可以为每个线程分配自己的未来，并std::experimental::when_any用来收集碰巧可用的第一个结果。

经过一些历史研究后编辑：

尽管以上内容（使用同一个Promise对象的两个线程）似乎不是一个很好的用例，但肯定future是C语言引入的当代论文之一：N2744。本文提出了几个用例，这些用例具有冲突的线程调用set_value，我在这里引用它们：

其次，考虑用例，其中并行执行两个或多个异步操作并“竞争”以满足承诺。一些示例包括：

• 结合等待定时器来执行一系列网络操作（例如，请求网页）。
• 可以从多个服务器检索值。为了实现冗余，将尝试所有服务器，但仅需要获得第一个值。

在两个示例中，要完成的第一个异步操作都是满足承诺的操作。由于任何一个操作都可能第二秒完成，因此必须编写这两个操作的代码以期望调用set_value()可能失败。

Answer 2

我从未见过多个线程可能调用 std::promise::set_value() 的用例，即使它们调用了，除了一个线程之外的所有线程都会导致抛出 std::future_error 异常。

你错过了 Promise 和 Future 的整个概念。

通常，我们有一对承诺和未来。promise 是你推送异步结果或异常的对象，future 是你拉异步结果或异常的对象。

在大多数情况下，future 和 promise 对不在同一个线程上，（否则我们将使用一个简单的指针）。因此，您可以将承诺传递给某个线程、线程池或某个第三方库异步函数，并从那里设置结果，并将结果拉入调用者线程。

设置结果std::promise::set_value必须是原子的，不是因为许多承诺设置了结果，而是因为驻留在另一个线程上的对象（未来）必须读取结果，并且非原子地执行是未定义的行为，因此设置值并拉动它（通过调用std::future::get或std::future::then）必须以原子方式发生

请记住，每个 future 和 promise 都有一个共享状态，设置一个线程的结果更新共享状态，并从共享状态读取结果。就像 C++ 中的每个共享状态/内存一样，当它从多个线程完成时，更新/读取必须在锁定下发生。否则它是未定义的行为。