• boost::asio::deadline_timer(理解)


    并发与并行: 并发和并行从宏观上来讲都是同时处理多路请求的概念。但并发和并行又有区别,并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生;而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

    1.Timer.1 - 使用同步定时器 

    先完整介绍一下,后面的例子该省略的就省略了。

    所有的Asio类只要简单的包含"asio.hpp"头文件便可使用:

    #include <boost/asio.hpp>

    因为本程序中使用了定时器,我们需要包含相应的的Boost.Date_Time 头文件来处理时间操作:

    #include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>

    使用Asio的所有程序都至少需要一个提供访问I/O功能的io_service 对象。因此在主函数中我们做的第一件事就是声明一个这个类型的对象:

    boost::asio::io_service io;

    接下来我们声明一个boost::asio::deadline_timer类型的对象。作为 Asio的核心类,它提供的I/O功能(在此为定时器功能)通常用一个io_service 的引用作为其构造函数的第一个参数。第二个参数设置一个从现在开始5秒后终止的定时器。

    boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));

    可以看一下boost::asio::deadline_timer的几个构造函数

     1 basic_deadline_timer(  
     2     boost::asio::io_service & io_service);  
     3   
     4 basic_deadline_timer(  
     5     boost::asio::io_service & io_service,  
     6     const time_type & expiry_time);  
     7   
     8 basic_deadline_timer(  
     9     boost::asio::io_service & io_service,  
    10     const duration_type & expiry_time); 

    注意后两种的区别,说明以下2种用法是等价的:

    1 boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::microsec_clock::universal_time()+boost::posix_time::seconds(5));  
    2 boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));  

    在这个简单的程序中,我们用定时器演示一个阻塞等待。deadline_timer::wait() 函数调用直到定时器终止(从定时器被创建算起,五秒后终止)才会返回。

    一个deadline timer 通常是下面两种状态中的一种:"expired(终止)" 或"not expired(不终止)"。如果deadline_timer::wait() 函数被一个已经终止的定时器调用, 它将立即返回。

    t.wait();

    最后我们打印出 "Hello, world!" 信息以显示定时器已经终止。 

    std::cout << "Hello, world! ";

    代码:

     1 #include <iostream>  
     2 #include <boost/asio.hpp>  
     3 #include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>  
     4   
     5 int main()  
     6 {  
     7   boost::asio::io_service io;  
     8   
     9   boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));  
    10   t.wait();  
    11   
    12   std::cout << "Hello, world!
    ";  
    13   
    14   return 0;  
    15 }

    2. Timer.2 - 使用异步定时器 

    本例使用Asio的异步回调功能在定时器中演示一个异步等待。

    使用Asio的异步功能意味着当一个异步操作完成时一个回调函数将被调用。在本程序中我们定义一个名为print 的函数,在异步等待结束后这个函数将被调用。

    void print(const boost::system::error_code& /*e*/)
    {
    std::cout << "Hello, world! ";
    }

    int main()
    {
    boost::asio::io_service io;

    boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));

    接下来,我们调用 deadline_timer::async_wait() 函数执行一个异步等待去取代Timer.1例中的阻塞等待。当调用这个函数时我们传入上面定义的print回调句柄。

    t.async_wait(print);

    最后,我们必须在io_service对象上调用io_service::run()成员函数。

    Asio保证回调句柄仅仅能被io_service::run()启动的当前线程所调用。 因此,如果io_service::run() 函数不执行,用于异步等待完成时的回调函数(在本例中为print函数)将永远不会被调用。

    当仍旧有“工作”可做时,io_service::run() 函数会继续运行。在本例中,“工作”是定时器的异步等待,因此,直到定时器终止和回调函数执行完成,程序才会返回。

    在调用io_service::run()之前确保给 io_service 一些工作去做,这非常重要。 例如,如果我们省略了上面调用的deadline_timer::async_wait() 函数,io_service对象将没有任何事情去做,因此io_service::run() 将立即返回。

    io.run();

    和同步方式相比,它主要有两点不同:
    (1) 调用的是非阻塞函数async_wait,它的入参是一个回调函数。
    (2) 显式调用io_service.run()函数驱动异步IO调度。

    值得提出的是,异步回调函数handler的参数中有一个error,注意这个error很重要,表明这个handler是因为超时被执行还是因为被cancel。

    符合2种情况之一,handler被执行:超时或者被cancel(可以通过此error的值进行区分)。
    这同时隐含的说明了除非io.stop被调用,否则handler一定会被执行。即便是被cancel。
    被cancel有多种方法,直接调用cancel或者调用expires_at,expires_from_now重新设置超时时间。

    代码:

     1 #include <iostream>    
     2 #include <boost/asio.hpp>  
     3 #include <boost/thread.hpp>  
     4 #include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>  
     5 using namespace std;    
     6    
     7   
     8 void Print(const boost::system::error_code &ec)  
     9 {  
    10     cout<<"Hello World!"<<endl;  
    11     cout<<boost::this_thread::get_id()<<endl;  
    12 }  
    13 int main()  
    14 {    
    15     cout<<boost::this_thread::get_id()<<endl;  
    16     boost::asio::io_service io;  
    17     boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));  
    18   
    19     t.async_wait(Print);  
    20     cout<<"to run"<<endl;  
    21     io.run();  
    22     cout<<"exit"<<endl;  
    23     return 0;    
    24 }

    结果:

    2f98
    to run

    (此处等了5s)
    Hello World!
    2f98  (说明是同一线程)
    exit

    3. 回调函数绑定参数 

    本例使定时器每秒被激活一次。例子将示范如何给你的函数指针传递附加参数。

    使用Asio实现一个重复定时器,你必须在你的回调函数中去改变定时器的终止时间,然后开始一个新的异步等待。显然这意味着回调函数必须拥有改变定时器对象的权限。为此我们为 print函数增加两个新参数:

    (1) 一个指向定时器对象的指针。 
    (2) 一个用于当定时器第6次被激活时我们可以中止程序的计数器。 

    void print(const boost::system::error_code& /*e*/,
    boost::asio::deadline_timer* t, int* count)
    {
    如上所示,示例程序使用了一个计数器,当定时器被第6次激活时,用来中止程序。然而,你将看到这里并没有显式地要求io_service对象中止。回忆示例2中,当没有更多“工作”去做时,io_service::run() 函数完成。在计数器达到 5时,定时器并没有启动一个新的异步等待。该io_service执行完工作后停止运行。

    if (*count < 5)
    {
    std::cout << *count << " ";
    ++(*count);

    接着,我们推迟定时器的终止时间。通过在原先的终止时间上增加延时,我们可以确保定时器不会在处理回调函数所需时间内到期。 

    t->expires_at(t->expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));

    接着我们在定时器中启动一个新的异步等待。我们必须使用boost::bind() 函数给你的回调函数绑定额外的参数,因为deadline_timer::async_wait() 函数只期望得到一个拥用 void(const boost::system::error_code&) 签名的函数指针(或函数对象)。为你的print函数绑定附加的参数后,它就成为与签名精确匹配的函数对象。

    在本例中,boost::bind()的boost::asio::placeholders::error参数是为了给回调函数传入一个error对象。当开始异步操作时,如果使用boost::bind(),你必须指定和回调函数的参数列表相匹配的一个参数。在示例4中,如果在回调函数中,这个参数不是必需的,这个占位符会被省略。

    t->async_wait(boost::bind(print,
    boost::asio::placeholders::error, t, count));
    }
    }

    int main()
    {
    boost::asio::io_service io;

    为了在定时器第4次被激活时终止程序,我们添加一个新的count变量。 

    int count = 0;
    boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(1));

    在第四步中,当在主函数中的调用deadline_timer::async_wait() 函数时,我们绑定print函数所需要的附加参数。 

    t.async_wait(boost::bind(print,
    boost::asio::placeholders::error, &t, &count));

    io.run();

    最后,为了证明count 变量在print 函数句柄中被使用,我们打印出它的值。 

    std::cout << "Final count is " << count << " ";

    代码

     1 #include <iostream>    
     2 #include <boost/asio.hpp>  
     3 #include <boost/thread.hpp>  
     4 #include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>  
     5 using namespace std;    
     6    
     7   
     8 void Print(const boost::system::error_code &ec,  
     9             boost::asio::deadline_timer* pt,  
    10             int * pcount)  
    11 {  
    12     if (*pcount < 3)  
    13     {  
    14         cout<<"count = "<<*pcount<<endl;  
    15         cout<<boost::this_thread::get_id()<<endl;  
    16         (*pcount) ++;  
    17   
    18         pt->expires_at(pt->expires_at() + boost::posix_time::seconds(5)) ;  
    19   
    20         pt->async_wait(boost::bind(Print, boost::asio::placeholders::error, pt, pcount));  
    21           
    22     }  
    23 }  
    24 int main()  
    25 {    
    26     cout<<boost::this_thread::get_id()<<endl;  
    27     boost::asio::io_service io;  
    28     boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));  
    29     int count = 0;  
    30     t.async_wait(boost::bind(Print, boost::asio::placeholders::error, &t, &count));  
    31     cout<<"to run"<<endl;  
    32     io.run();  
    33     cout << "Final count is " << count << "
    ";  
    34     cout<<"exit"<<endl;  
    35     return 0;    
    36 }

    结果:

    14d0
    to run

    (等了5s)
    count = 0
    14d0

    (等了5s)
    count = 1
    14d0

    (等了5s)
    count = 2
    14d0

    (等了5s)
    Final count is 3
    exit

    4. 多线程同步回调 

    本例示范了使用boost::asio::strand 类来创建多线程程序中的同步回调句柄。 

    前几个例程只是在单线程下使用io_service::run() 函数来避免处理函同步。 如你所见,Asio库保证回调句柄仅能被当前正在调用 io_service::run(). 函数的线程调用。 因此,在单线程中调用io_service::run() 能确保回调句柄不被并发运行。

    下面是Asio在单线程程序中的局限性,尤其是服务器方面,包括: 

    (1)操作需要较长时间处理才能完成时弱响应。 
    (1)在大规模的多处理机系统中表现不佳。 


    如果你发现自己陷入这些局限时,一个可供选择的方法是创建一个每个线程都调用io_service::run() 的线程池。 不过,因为这允许并发操作,当访问一个共享、非线程安全的资源时,我们需要一个同步方式。

    让我们从定义一个名为printer的类开始,这与前一个示例中的类很相似。这个类是上一个例子的扩展,这里我们使用两个并行的定时器。

    class CPrinter
    {

    除了初始化一对boost::asio::deadline_timer 成员变量外,构造函数还初始化一个boost::asio::strand类型strand_ 成员变量。

    boost::asio::strand 对象保证:对于通过它来分派执行的众操作中,只有一个操作执行完成之后才允许进入下一个操作。 这种保证与多少个线程调用io_service::run() 无关。当然,如果不是通过一个boost::asio::strand对象分派, 或者通过其它不同的boost::asio::strand对象分派,这些操作仍旧可能是并发的。

    CPrinter(boost::asio::io_service &io)
    :m_strand(io)
    ,m_timer1(io, boost::posix_time::seconds(5))
    ,m_timer2(io, boost::posix_time::seconds(5))
    ,m_count(0)
    {

    当开始同步操作时,每一个回调句柄都使用boost::asio::strand对象进行“包装”。strand::wrap() 函数返回一个新的通过boost::asio::strand对象自动分派的内部句柄。 通过同一boost::asio::strand对象对句柄进行“ 包装”,我们可以保证操作不会并发执行。

    m_timer1.async_wait(m_strand.wrap(boost::bind(&CPrinter::Print1, this) ));
    m_timer2.async_wait(m_strand.wrap(boost::bind(&CPrinter::Print2, this) ));
    }

    ~CPrinter()
    {
    cout<<"m_count = "<<m_count<<endl;
    }

    在一个多线程程序中,当访问同一共享资源时,异步操作必须是同步的。在本例中,print1 和print2)函数使用的共享资源std::cout 和count_数据成员。

    void Print1()
    {
    if (m_count < 10)
    {
    cout<<"Timer1 count = "<<m_count<<endl;
    cout<<boost::this_thread::get_id()<<endl;
    m_count++;

    m_timer1.expires_at(m_timer1.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1)) ;

    m_timer1.async_wait(m_strand.wrap(boost::bind(&CPrinter::Print1, this) ) );
    }
    }

    void Print2()
    {
    if (m_count < 10)
    {
    cout<<"Timer2 count = "<<m_count<<endl;
    cout<<boost::this_thread::get_id()<<endl;
    m_count++;

    m_timer2.expires_at(m_timer2.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1)) ;

    m_timer2.async_wait(m_strand.wrap(boost::bind(&CPrinter::Print2, this) ) );
    }
    }
    private:
    boost::asio::strand m_strand;
    boost::asio::deadline_timer m_timer1;
    boost::asio::deadline_timer m_timer2;
    int m_count;

    };

    main函数中, io_service::run() 现在被两个线程调用:主线程和一个附加线程。这一切依赖于boost::thread对象来完成。 

    正如它被一个单线程调用一样,io_service::run()的并发调用会一直持续到无任何“工作”可做。后台线程直到所有异步操作都完成后才会退出。

    int main()

    cout<<boost::this_thread::get_id()<<endl;
    boost::asio::io_service io;
    CPrinter cp(io);

    cout<<"to run"<<endl;

    boost::thread td(boost::bind(&boost::asio::io_service::run, &io));


    io.run();

    cout<<"exit"<<endl;
    return 0; 
    }

    代码

    
    
     1 #include <boost/asio.hpp>
     2 #include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>
     3 #include <boost/thread/thread.hpp>
     4 
     5 boost::asio::io_service Service;
     6 
     7 class Timer
     8 {
     9 private:
    10     boost::asio::deadline_timer timer1;
    11     boost::asio::deadline_timer timer2;
    12     boost::asio::strand m_strand;
    13     int count;
    14 
    15 public:
    16     Timer(boost::asio::io_service& ref_service)
    17         :timer1(ref_service, boost::posix_time::seconds(3))
    18         , timer2(ref_service, boost::posix_time::seconds(3))
    19         , m_strand(ref_service)
    20         , count(0)
    21     {
    22 
    23         timer1.async_wait(m_strand.wrap(boost::bind(&Timer::Print1, this, boost::asio::placeholders::error)));
    24         timer2.async_wait(m_strand.wrap(boost::bind(&Timer::Print2, this, boost::asio::placeholders::error)));
    25 
    26     }
    27     ~Timer()
    28     {
    29 
    30     }
    31     void Print1(const boost::system::system_error& error)
    32     {
    33         if (count < 5)
    34         {
    35             std::cout << "Pints1's count:" << count<<std::endl;
    36             std::cout << boost::this_thread::get_id() <<std:: endl;
    37             ++count;
    38             timer1.expires_at(timer1.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
    39             timer1.async_wait(m_strand.wrap(boost::bind(&Timer::Print1, this, boost::asio::placeholders::error)));
    40         }
    41         else
    42         {
    43             std::cout << "the Error is:" << error.what() << std::endl;
    44         }
    45     }
    46 
    47     void Print2(const boost::system::system_error& error)
    48     {
    49         if (count < 5)
    50         {
    51             std::cout << "Print2's count :" <<count<< std::endl;
    52             std::cout << boost::this_thread::get_id() << std::endl;
    53             ++count;
    54             timer2.expires_at(timer2.expires_at() + boost::posix_time::seconds(1));
    55             timer2.async_wait(m_strand.wrap(boost::bind(&Timer::Print2, this, boost::asio::placeholders::error)));
    56         }
    57         else
    58         {
    59             std::cout << "the Error is:" << error.what() << std::endl;
    60             boost::asio::io_service::work work(Service);
    61         }
    62     }
    63 
    64 };
    65 
    66 int main(int argc, char** argv)
    67 {
    68     
    69     std::cout << boost::this_thread::get_id() << std::endl;
    70     Timer m_timer(Service);
    71 
    72 
    73     std::cout << "异步给主线程运行到io_Service::run之前,知道异步回调函数调完" << std::endl;
    74     boost::thread t([&](){ std::cout << "
    进入t线程内部执行" << boost::this_thread::get_id() << std::endl;; Service.run();
    75                         std::cout << "t线程内部:异步给主线程运行到io_Service::run之前,知道异步回调函数调完    (验证)!" << std::endl; });
    76     t.detach();
    77 
    78     std::cout << "异步给主线程运行到io_Service::run之前,知道异步回调函数调完" << std::endl;
    79     Service.run();
    80     std::cout << "异步给主线程运行到io_Service::run之前,知道异步回调函数调完    (验证)!" << std::endl;
    81     getchar();
    82     return 0;
    83 }
    
    

    运行结果:

     1 2544
     2 异步给主线程运行到io_Service::run之前,知道异步回调函数调完
     3 异步给主线程运行到io_Service::run之前,知道异步回调函数调完
     4 进入t线程内部执行23d4
     5 
     6 Print2's count :0
     7 23d4
     8 Pints1's count:1
     9 2544
    10 Pints1's count:2
    11 2544
    12 Print2's count :3
    13 23d4
    14 Print2's count :4
    15 23d4
    16 the Error is:操作成功完成。
    17 the Error is:操作成功完成。
    18 异步给主线程运行到io_Service::run之前,知道异步回调函数调完    (验证)!
    19 t线程内部:异步给主线程运行到io_Service::run之前,知道异步回调函数调完    (验证)!

    说明:

    (1)两个Timer确实是在不同线程中执行,并且只有一个print操作执行完成之后才允许进入另一个print操作

    (2)Timer1始终在一个线程中执行,Timer2始终在另一个线程中执行,(但不一定就是Timer1在主线程执行,这个分配时随机的)

    注意:

    deadline_timer和socket一样,都用io_service作为构造函数的参数。在其上进行异步操作,都将导致和io_service所包含的iocp相关联。这同样意味着在析构 io_service之前,必须析构关联在这个io_service上的deadline_timer

    引申:

    关于boost::asio::strand,有三个函数:post, dispatch, wrap

    post: 不管什么情况都会把任务丢到队列中,然后立即返回。如:m_strand.post(boost::bind(print, 2));
    dispatch: 如果跟run()在一个线程,那么任务会直接在dispatch内部调用,执行结束后返回。不在一个线程跟post一样。如:m_strand.dispatch(boost::bind(print, 1));

    wrap:返回一个新的通过boost::asio::strand对象自动分派的内部句柄

    注意事项:

    异步等待时,程序会先执行主线程需要执行的操作,直到io_service::run之前的语句;当回调函数都执行完成之后,才继续执行io_service::run之后的操作,

    有时你如果没给io_service::run做点事,run会立马返回,导致程序无响应,解决办法是添加boost::asio::io_service::work work(io_Service), work对象不析构,run是不会立即返回的!

    work转载来自:http://blog.csdn.net/huang_xw/article/details/8471057

    其中异步调用时,用boost::asio::strand,strand.wrap(boost::bind(....)),为了在函数共享数据时,使函数一缕一缕的执行,strand会内部打包函数,返回自己随机分配函数句炳!

    还有,异步等待的时间要够回调函数的执行时间,否则会直接调用异步等待,所以你可以加入延时函数,deadline_timer::expires_at(.expires.at()+boost::posix_time::senconds(5));保证回调函数的执行时间;


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