简介

给出一个不安全的情况，假设我们有一个socket用于和用户通信，用户会发送多个请求，我们处理请求需要一定的时间，同时使用异步并发的模型来处理对应的请求，即一个io_context::run会有多个线程执行。那么boost::asio的基本代码框架如下，给出伪代码示例：

var scoket;  // 一个socket
async_read(socket, buf, [](){
	// 处理一些耗时任务
	write(socket, data);  // 把data写入socket发给客户端
});

假设客户第一次发送请求到async_read函数后，t1线程执行的lambda回调；在t1执行耗时任务的时候，客户端又发来第二个请求，t2线程也执行一个耗时任务。巧合的是，t1和t2在同一时间段完成了任务处理，并把数据通过socket发给客户端，那么此时并发写出现了竞争，因为scoket并发写是不安全的，如果写的数据再多一点，那么一定会竞争了。

那么问题的本质就是，socket不是线程安全的，一个时间段内，只能有一个线程对socket执行写操作。

针对这个情况，我们有两种解决方案：

• 在write写scoket的时候加mutex互斥量，同时只能有一个线程写。
• 让回调函数串行化执行，即一个socket的回调函数不能同时在多个线程中执行。

两种方式各有利弊：第一个方式我们需要在异步的调用中使用互斥量，代码复杂度非常高，而且生命周期管理复杂，可能要借助全局变量或者类的互斥量来处理，但是能并发处理耗时任务，看起来效率高。

第二种方式，使用strand机制串行化，即让所有的关于socket的操作都在一个线程执行，代码复杂度低，让操作系统和库来管理调度，但是缺陷是耗时的工作也只能在一个线程中处理，可能无法充分利用并行化操作。不过，如果请求量大，而且耗时请求分布均匀的话，两者的差距会减小，而且strand机制的优势也逐渐变大。

当然，上面两种方式只是推测的，实际情况需要多次测试才能看出效果。

在工程中，基本都是采用strand的方式处理。

strand控制并发

资料来自于：http://www.crazygaze.com/blog/2016/03/17/how-strands-work-and-why-you-should-use-them/

下图给出strand的核心思想：

蓝色的WT是工作线程，工作线程从io_context的事件循环中获取Executor，并执行。如果工作队列中的Executor是在Strand中，那么strand可以保证在strand中的任务，不会被多个线程并发的执行，即这些任务在时间上是串行化的。

代码示例

CMakeLists.txt

# cmake_minimum_required(VERSION <specify CMake version here>)
project(boost_asio)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_FLAGS -pthread)
add_executable(boost_asio main.cpp TcpServer.hpp Session.hpp)

Session.hpp

//
// Created by Erick on 2020/2/19.
//

#ifndef BOOST_ASIO_SESSION_HPP
#define BOOST_ASIO_SESSION_HPP


#include <boost/asio/ip/tcp.hpp>
#include <iostream>

class Session : public std::enable_shared_from_this<Session> {
    using SessionSocketPtr = std::shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket>;
public:
    explicit Session(SessionSocketPtr sk, boost::asio::io_context &ioc) : m_socket(std::move(sk)), m_strand(ioc) {}

    void start() {
        boost::asio::async_read_until(*m_socket, m_streamBuf, "rn",
                                      // Executor绑定到strand上，这样对应的回调函数就不会出现上面说的并发情况了
                                      boost::asio::bind_executor(this->m_strand, [self = shared_from_this()](
                                              const boost::system::error_code &ec,
                                              std::size_t bytes_transferred) {
                                          if (ec.failed()) {
                                              std::cout << "session error: " << ec.message()
                                                        << ", thread_id: "
                                                        << std::this_thread::get_id()
                                                        << std::endl;
                                              return;
                                          }
                                          std::cout << "Thread: "
                                                    << std::this_thread::get_id()
                                                    << ", Get User data: "
                                                    << std::istream(
                                                            &self->m_streamBuf).rdbuf()
                                                    << std::endl;
                                          self->start();  // 异步继续读
                                      }));
    }

private:
    SessionSocketPtr m_socket;
    boost::asio::streambuf m_streamBuf;
    boost::asio::io_context::strand m_strand;  // 每个session会有一个strand，需要串行化的都在内部处理
};

#endif //BOOST_ASIO_SESSION_HPP

TcpServer.hpp

//
// Created by Erick on 2020/2/19.
//

#ifndef BOOST_ASIO_TCPSERVER_HPP
#define BOOST_ASIO_TCPSERVER_HPP

#include <boost/asio.hpp>
#include <iostream>
#include <memory>
#include "Session.hpp"

// 异步的TCP服务器
class TcpServer : public std::enable_shared_from_this<TcpServer> {
public:
    explicit TcpServer(boost::asio::io_context &ioc, int port) :
            io_context(ioc),
            m_acceptor(ioc, boost::asio::ip::tcp::endpoint(boost::asio::ip::tcp::v4(), port)) {
        std::cout << "start TcpServer...n";
    }

    TcpServer(TcpServer &) = delete;

    TcpServer(TcpServer &&) = delete;

    void start() {
        auto socket = std::make_shared<boost::asio::ip::tcp::socket>(io_context);
        m_acceptor.async_accept(*socket,
                                [socket, self = shared_from_this()](boost::system::error_code ec) {
                                    if (ec.failed()) {
                                        std::cout << "async_accept error: " << ec.message() << std::endl;
                                    }
                                    auto session = std::make_shared<Session>(socket, self->io_context);
                                    session->start();  // 这里启动一个会话
                                    std::cout << "thread_id: " << std::this_thread::get_id() << ", create a sessionn";
                                    self->start();     // 继续重新启动
                                });
    }

private:
    boost::asio::io_context &io_context;
    boost::asio::ip::tcp::acceptor m_acceptor;
};


#endif //BOOST_ASIO_TCPSERVER_HPP

main.cpp

#include <iostream>
#include <thread>
#include "TcpServer.hpp"

const auto N = std::thread::hardware_concurrency();
using work_guard_type = boost::asio::executor_work_guard<boost::asio::io_context::executor_type>;

int main() {
    std::cout << "begin asio model" << std::endl;
    boost::asio::io_context io_context;
    work_guard_type work_guard(io_context.get_executor());
    std::vector<std::thread> threads;
    for (auto i = 0; i < N; ++i) {
        threads.emplace_back(std::thread([&]() {
            io_context.run();
        }));
    }

    int port;
    std::cout << "input port: ";
    std::cin >> port;
    auto tcpServer = std::make_shared<TcpServer>(io_context, port);
    tcpServer->start();  // 异步启动服务器，不阻塞
    for (auto &t: threads) {
        if (t.joinable()) {
            t.join();
        }
    }
    std::cout << "end asio model" << std::endl;
    return 0;
}

参考

• http://www.cppblog.com/Khan/archive/2017/10/14/215295.html
• http://www.crazygaze.com/blog/2016/03/17/how-strands-work-and-why-you-should-use-them/
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/87388918

最后

以上就是腼腆毛衣为你收集整理的boost.asio无锁异步并发简介strand控制并发代码示例参考的全部内容，希望文章能够帮你解决boost.asio无锁异步并发简介strand控制并发代码示例参考所遇到的程序开发问题。

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