c++ - std::promise 和 std::future 的非显而易见的生命周期问题

Question

这个问题与这里的前一个问题非常相似：pthread_once() 中的竞争条件？

它本质上是相同的问题 -std::promise调用期间结束 的生命周期promise::set_value（即：在关联的未来被标记之后，但在pthread_once执行之前）

所以我知道我的用法有这个问题，因此我不能以这种方式使用它。但是，我认为这不是显而易见的。（用 Scott Meyer 的话来说：使接口易于正确使用和难以正确使用）

我在下面提供一个示例：

• 我有一个线程 ( dispatcher)，它在队列上旋转，弹出一个“作业”(a std::function) 并执行它。
• 我有一个名为的实用程序类synchronous_job，它会阻塞调用线程，直到在调度程序线程上执行了“作业”
• std::promiseand是的std::future成员synchronous_job- 一旦future设置了，被阻塞的调用线程继续，这导致synchronous_job从堆栈中弹出并被破坏。
• 不幸的是，此时在里面dispatcher是上下文切换的；已标记，但调用尚未执行，并且 pthread 堆栈以某种方式损坏，这意味着下一次：死锁 promise::set_valuefuturepthread_once

我希望调用promise::set_value是原子的；以这种方式使用这些类时，它需要在标记后做更多工作的事实future将不可避免地导致此类问题。

std::promise所以我的问题是：如何使用and来实现这种同步，并std::future保持它们的生命周期与提供这种同步机制的类相关联？

@Jonathan Wakely，您是否可以在内部使用一些 RAII 样式的类，condition_variable在标记future? 这意味着即使promise在调用 的过程中破坏了set_value，设置条件变量的额外工作也将正确完成。只是一个想法，不知道你是否可以使用它......

下面是一个完整的工作示例，以及死锁应用程序的堆栈跟踪：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
#include <queue>

struct dispatcher
{
    dispatcher()
    {
        _thread = std::move(std::thread(&dispatcher::loop, this));
    }
    void post(std::function<void()> job)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> l(_mtx);
        _jobs.push(job);
        _cnd.notify_one();
    }
private:
    void loop()
    {
        for (;;)
        {
            std::function<void()> job;
            {
                std::unique_lock<std::mutex> l(_mtx);
                while (_jobs.empty())
                    _cnd.wait(l);
                job.swap(_jobs.front());
                _jobs.pop();
            }
            job();
        }
    }
    std::thread                       _thread;
    std::mutex                        _mtx;
    std::condition_variable           _cnd;
    std::queue<std::function<void()>> _jobs;
};
//-------------------------------------------------------------

struct synchronous_job
{
    synchronous_job(std::function<void()> job, dispatcher& d)
        : _job(job)
        , _d(d)
        , _f(_p.get_future())
    {
    }
    void run()
    {
        _d.post(std::bind(&synchronous_job::cb, this));
        _f.wait();
    }
private:
    void cb()
    {
        _job();
        _p.set_value();
    }
    std::function<void()> _job;
    dispatcher&           _d;
    std::promise<void>    _p;
    std::future<void>     _f;
};
//-------------------------------------------------------------

struct test
{
    test()
        : _count(0)
    {
    }
    void run()
    {
        synchronous_job job(std::bind(&test::cb, this), _d);
        job.run();
    }
private:
    void cb()
    {
        std::cout << ++_count << std::endl;
    }
    int _count;
    dispatcher _d;
};
//-------------------------------------------------------------

int main()
{
    test t;
    for (;;)
    {
        t.run();
    }
}

死锁应用的堆栈跟踪：

线程 1（主线程）

#0  0x00007fa112ed750c in pthread_cond_wait@@GLIBC_2.3.2 () from /lib64/libpthread.so.0
#1  0x00007fa112a308ec in __gthread_cond_wait (__mutex=<optimized out>, __cond=<optimized out>) at /hostname/tmp/syddev/Build/gcc-4.6.2/gcc-build/x86_64-unknown-linux-gnu/libstdc++-v3/include/x86_64-unknown-linux-gnu/bits/gthr-default.h:846
#2  std::condition_variable::wait (this=<optimized out>, __lock=...) at ../../../../libstdc++-v3/src/condition_variable.cc:56
#3  0x00000000004291d9 in std::condition_variable::wait<std::__future_base::_State_base::wait()::{lambda()#1}>(std::unique_lock<std::mutex>&, std::__future_base::_State_base::wait()::{lambda()#1}) (this=0x78e050, __lock=..., __p=...) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/condition_variable:93
#4  0x00000000004281a8 in std::__future_base::_State_base::wait (this=0x78e018) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/future:331
#5  0x000000000042a2d6 in std::__basic_future<void>::wait (this=0x7fff0ae515c0) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/future:576
#6  0x0000000000428dd8 in synchronous_job::run (this=0x7fff0ae51580) at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:60
#7  0x0000000000428f97 in test::run (this=0x7fff0ae51660) at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:83
#8  0x0000000000427ad6 in main () at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:99

线程 2（调度程序线程）

#0  0x00007fa112ed8b5b in pthread_once () from /lib64/libpthread.so.0
#1  0x0000000000427946 in __gthread_once (__once=0x78e084, __func=0x4272d0 <__once_proxy@plt>) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/bin/../lib/gcc/x86_64-unknown-linux-gnu/4.7.0/../../../../include/c++/4.7.0/x86_64-unknown-linux-gnu/bits/gthr-default.h:718
#2  0x000000000042948b in std::call_once<void (std::__future_base::_State_base::*)(std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()>&, bool&), std::__future_base::_State_base* const, std::reference_wrapper<std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()> >, std::reference_wrapper<bool> >(std::once_flag&, void (std::__future_base::_State_base::*&&)(std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()>&, bool&), std::__future_base::_State_base* const&&, std::reference_wrapper<std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()> >&&, std::reference_wrapper<bool>&&) (__once=..., __f=
    @0x7fa111ff6be0: (void (std::__future_base::_State_base::*)(std::__future_base::_State_base * const, std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter>()> &, bool &)) 0x42848a <std::__future_base::_State_base::_M_do_set(std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()>&, bool&)>) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/mutex:819
#3  0x000000000042827d in std::__future_base::_State_base::_M_set_result(std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()>, bool) (this=0x78e018, __res=..., __ignore_failure=false) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/future:362
#4  0x00000000004288d5 in std::promise<void>::set_value (this=0x7fff0ae515a8) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/future:1206
#5  0x0000000000428e2a in synchronous_job::cb (this=0x7fff0ae51580) at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:66
#6  0x000000000042df53 in std::_Mem_fn<void (synchronous_job::*)()>::operator() (this=0x78c6e0, __object=0x7fff0ae51580) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:554
#7  0x000000000042d77c in std::_Bind<std::_Mem_fn<void (synchronous_job::*)()> (synchronous_job*)>::__call<void, , 0ul>(std::tuple<>&&, std::_Index_tuple<0ul>) (this=0x78c6e0, __args=...) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:1156
#8  0x000000000042cb28 in std::_Bind<std::_Mem_fn<void (synchronous_job::*)()> (synchronous_job*)>::operator()<, void>() (this=0x78c6e0) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:1215
#9  0x000000000042b772 in std::_Function_handler<void (), std::_Bind<std::_Mem_fn<void (synchronous_job::*)()> (synchronous_job*)> >::_M_invoke(std::_Any_data const&) (__functor=...) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:1926
#10 0x0000000000429f2c in std::function<void ()>::operator()() const (this=0x7fa111ff6da0) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:2311
#11 0x0000000000428c3c in dispatcher::loop (this=0x7fff0ae51668) at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:39

Answer 1

std::promise就像任何其他对象一样：一次只能从一个线程访问它。在这种情况下，您在set_value()没有足够同步的情况下从单独的线程调用和销毁对象：规范中没有任何地方说在准备好后set_value不会接触promise对象。future

然而，由于这个 future 用于一次性同步，所以无论如何你都不需要这样做：在 中创建 promise/future 对run()，并将 promise 传递给线程：

struct synchronous_job
{
    synchronous_job(std::function<void()> job, dispatcher& d)
        : _job(job)
        , _d(d)
    {
    }
    void run(){
        std::promise<void> p;
        std::future<void> f=p.get_future();

        _d.post(
            [&]{
                cb(std::move(p));
            });

        f.wait();
    }
private:
    void cb(std::promise<void> p)
    {
        _job();
        p.set_value();
    }
    std::function<void()> _job;
    dispatcher&           _d;
};

Answer 2

在直接回答您的问题时，正确的答案是给std::promise线程。这样，只要线程需要它就可以保证存在。

在引擎盖下，std::future和std::promise有一个共享状态，它们都指向并保证在双方都被销毁之前保持可用。从概念上讲，这类似于 promise 和 future 都将 shared_ptr 的单独副本复制到同一个对象。该对象包含传递状态、块和其他操作所需的底层机制。

至于试图发出破坏信号，问题是这个条件变量会存在哪里？一旦所有相关的期货和承诺都被销毁，共享区域就会被销毁。发生死锁是因为该区域仍在使用时被破坏（因为编译器不知道另一个线程仍在访问承诺，因为它正在被破坏）。向任何共享状态添加额外的条件变量无济于事，因为它们也会被破坏。

Answer 3

规范的答案是永远不要将 std::bind 绑定到这个，而是绑定到 std::weak_ptr。当你得到回调时，lock() 它并在调用回调之前检查 NULL。

或者，重申一下，永远不要从不包含对象的 shared_ptr 的范围内调用成员函数（从外部）。

Answer 4

回答我自己的问题，提供一个可行的解决方案。它不使用std::promiseor std::future，但它实现了我正在寻找的同步。

更新synchronous_job以使用std::condition_variableandstd::mutex代替：

编辑：更新为包含Dave S建议的布尔标志

struct synchronous_job
{
    synchronous_job(std::function<void()> job, dispatcher& d)
        : _job(job)
        , _d(d)
        , _done(false)
    {
    }
    void run()
    {
        _d.post(std::bind(&synchronous_job::cb, this));
        std::unique_lock<std::mutex> l(_mtx);
        if (!_done)
            _cnd.wait(l);
    }
private:
    void cb()
    {
        _job();
        std::unique_lock<std::mutex> l(_mtx);
        _done = true;
        _cnd.notify_all();
    }
    std::function<void()>   _job;
    dispatcher&             _d;
    std::condition_variable _cnd;
    std::mutex              _mtx;
    bool                    _done;
};