本文探讨了 C++11 标准库中 std::async 的启动策略。默认策略（std::launch::async | std::launch::deferred）存在并发性和执行时机不确定的风险，可能导致 thread_local 变量访问错误或超时等待循环无限执行。为确保真正的异步执行，建议显式指定 std::launch::async 策略，或使用包装函数简化调用。在图像处理等场景中，这能保证任务并行处理且结果确定。同时需注意线程创建开销，必要时结合线程池使用。
在现代 C++ 并发编程中，std::async 能够协调多个线程执行任务。然而，其默认行为暗藏玄机——并不总是如期望那样立即启动异步任务。本文将探讨 std::async 的启动策略，揭示默认行为的潜在陷阱，并展示如何确保真正的异步执行。
std::async 提供了两种基本的启动策略：
std::launch::async - 函数必须异步执行，即在不同的线程上立即开始。std::launch::deferred - 函数仅在调用 get() 或 wait() 时才开始执行，且在当前线程上同步执行。| 启动策略 | 执行时机 |
|---|---|
std::launch::async | 立即在新线程执行 |
std::launch::deferred | 延迟到 get/wait 调用时执行 |
令人惊讶的是，std::async 的默认策略并非上述任何一种，而是二者的'或'组合：
auto fut1 = std::async(f); // 默认策略
auto fut2 = std::async(std::launch::async | std::launch::deferred, f); // 等效写法
这种设计赋予了标准库极大的灵活性，使其能够智能管理线程资源、避免线程创建开销并实现负载均衡。然而，这种灵活性也带来了三个关键的不确定性：
f 可能与调用线程并发执行，也可能不会。f 可能在任何线程上执行。f 甚至可能永远不会执行。当函数使用线程局部存储 (thread_local) 时，我们无法预测哪个线程的变量会被访问：
thread_local int tlsVar = 0;
void f() {
tlsVar = 42; // 哪个线程的 tlsVar 被修改？
}
auto fut = std::async(f); // 危险！无法确定 tlsVar 属于哪个线程
考虑以下看似合理的代码：
using namespace std::literals;
void delayedTask() {
std::this_thread::sleep_for(1s);
}
auto fut = std::async(delayedTask);
// 看似最多等待 10 次，实际可能无限循环！
while (fut.wait_for(100ms) != std::future_status::ready) {
// 处理其他工作...
}
如果任务被延迟执行 (std::launch::deferred)，wait_for 将永远返回 std::future_status::deferred，导致无限循环。
要确保真正的异步执行，必须显式指定 std::launch::async：
auto fut = std::async(std::launch::async, f); // 确保异步执行
为了简化使用，我们可以创建一个包装函数：
// C++14 版本
template<typename F, typename... Ts>
auto reallyAsync(F&& f, Ts&&... params) {
return std::async(std::launch::async, std::forward<F>(f), std::forward<Ts>(params)...);
}
// 使用示例
auto fut = reallyAsync([] {
std::cout << "Running asynchronously!" << std::endl;
});
考虑一个图像处理应用，我们需要异步执行多个滤镜操作：
struct Image {/*...*/};
Image applySepia(Image img) {/*...*/}
Image applyBlur(Image img) {/*...*/}
void processImage(const Image& original) {
auto fut1 = reallyAsync(applySepia, original);
auto fut2 = reallyAsync(applyBlur, original);
Image sepia = fut1.get();
Image blurred = fut2.get();
// 合并结果...
}
| 策略类型 | 执行时机 | 线程使用 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| async | 立即 | 新线程 | 需要真正并行 |
| deferred | get/wait 时 | 调用线程 | 惰性求值 |
| 默认 | 不确定 | 不确定 | 一般情况 |
虽然 std::launch::async 确保了真正的异步执行，但也需要注意：
在需要严格异步但又要控制资源的情况下，可以考虑使用线程池模式。
使用 std::async 时，请记住以下准则：
std::launch::async。thread_local 或使用超时等待的任务，避免默认策略。reallyAsync 这样的包装器来简化代码。决策建议：
std::launch::async
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