C++ Promise/Future 模型

Promise/Future 是一种经典的异步抽象，正因为它提供了一套「标准化」的概念，因而衍生出许多可能性。这就如同工业史上的集装箱、软件界的 Docker——凭借「标准化」这一关键属性，不同组件可以简单地自由组合，从而大幅提升整体效率。

C++11 中的 Promise/Future 模型

C++11 标准在 <future> 头文件中引入了一组与异步编程相关的类和函数。

<future> 头文件中主要包含以下几类组件：

• Providers（提供者）类：std::promise、std::packaged_task
• Futures（未来值）类：std::future、std::shared_future
• Providers 函数：std::async()
• 其他类型：std::future_error、std::future_errc、std::future_status、std::launch

std::promise 类介绍

promise 对象可以保存某一类型 T 的值，该值可被 future 对象读取（可能在另一个线程中），因此 promise 也提供了一种线程同步的手段。在 promise 对象构造时，可以和一个共享状态（通常是 std::future）相关联，并可以在该共享状态上保存一个类型为 T 的值。

可以通过 get_future 来获取与该 promise 对象相关联的 future 对象，调用该函数之后，两个对象共享相同的共享状态（shared state）：

• promise 对象是异步 Provider，它可以在某一时刻设置共享状态的值；
• future 对象可以异步返回共享状态的值，或在必要时阻塞调用者，等待共享状态标志变为 ready，然后才能获取共享状态的值。

下面以一个简单的例子来说明上述关系：

#include <iostream>       // std::cout
#include <functional>     // std::ref
#include <thread>         // std::thread
#include <future>         // std::promise, std::future

void print_int(std::future<int>& fut) {
    int x = fut.get(); // 获取共享状态的值
    std::cout << "value: " << x << '\n'; // 打印 value: 10
}

int main()
{
    std::promise<int> prom; // 生成一个 std::promise<int> 对象
    std::future<int> fut = prom.get_future(); // 与 future 关联
    std::thread t(print_int, std::ref(fut)); // 将 future 交给另一个线程 t
    prom.set_value(10); // 设置共享状态的值，此处与线程 t 保持同步
    t.join();
    return 0;
}

扩展 Promise/Future 模型

C++11 标准库提供的 std::future 没有提供注册回调的接口，导致其使用受限，通常只用来跨线程传值同步。

业界多种异步编程框架都基于或扩展了 Promise/Future 机制，例如：

• tRPC-Cpp 自行设计的 Promise/Future
• Seastar 源码阅读：future/promise 链式调用的实现
• Tencent flare 的 Promise/Future 模型

参考

• std::promise — cppreference
• std::future — cppreference
• std::packaged_task — cppreference
• std::async — cppreference