c++ - 如何使异步并行程序代码易于管理(例如在 C++ 中)

Question

我目前正在开发一个需要通过网络控制收集设备的服务器应用程序。正因为如此，我们需要做大量的并行编程。随着时间的推移，我了解到处理实体(线程/进程/应用程序)之间存在三种通信方法。遗憾的是，这三种方法都有其缺点。

A) 您可以发出同步请求(同步函数调用)。在这种情况下，调用者会一直等待，直到处理完函数并收到响应。例如:

const bool convertedSuccessfully = Sync_ConvertMovie(params);

问题是调用者在空闲。有时这不是一种选择。例如，如果调用是由用户界面线程进行的，那么在响应到达之前应用程序似乎一直处于阻塞状态，这可能需要很长时间。

B) 您可以发出异步请求并等待回调。客户端代码可以继续执行任何需要完成的操作。

Async_ConvertMovie(params, TheFunctionToCallWhenTheResponseArrives);

这个解决方案有一个很大的缺点，回调函数必须在一个单独的线程中运行。现在的问题是很难将响应返回给调用者。例如，你在对话框中点击了一个按钮，它异步调用了一个服务，但是当回调到来时，对话框已经关闭了很长时间。

void TheFunctionToCallWhenTheResponseArrives()
{
    //Difficulty 1: how to get to the dialog instance?
    //Difficulty 2: how to guarantee in a thread-safe manner that
    //              the dialog instance is still valid?
}

这本身并不是什么大问题。但是，如果您想进行多个此类调用，并且它们都取决于前一个调用的响应，根据我的经验，这将变得难以控制。

C) 我看到的最后一个选项是发出一个异步请求并保持轮询，直到响应到达。在“已收到响应”检查之间，您可以做一些有用的事情。这是我所知道的解决要进行一系列异步函数调用的情况的最佳解决方案。这是因为它有一个很大的优势，即在响应到达时您仍然拥有整个调用者上下文。此外，调用的逻辑顺序仍然相当清晰。例如:

const CallHandle c1 = Sync_ConvertMovie(sourceFile, destFile);
while(!c1.ResponseHasArrived())
{
    //... do something in the meanwhile
}
if (!c1.IsSuccessful())
    return;

const CallHandle c2 = Sync_CopyFile(destFile, otherLocation);
while(!c1.ResponseHasArrived())
{
    //... do something in the meanwhile
}
if (c1.IsSuccessful())
    //show a success dialog

第三种解决方案的问题是您无法从调用者的函数中返回。如果你想在两者之间做的工作与你异步完成的工作完全无关，这使得它不合适。 很长一段时间以来，我都在想是否还有其他方法可以异步调用函数，并且没有上面列出的选项的缺点。 有没有人有想法，也许是一些聪明的技巧？

注意:给出的示例是类 C++ 伪代码。但是，我认为这个问题同样适用于 C# 和 Java，可能还有很多其他语言。

Answer 1

您可以考虑一个明确的“事件循环”或“消息循环”，这与经典方法没有太大区别，例如用于异步网络任务的 select 循环或用于窗口系统的消息循环。到达的事件可能在适当的时候被分派(dispatch)到回调，例如在您的示例 B 中，但在某些情况下它们也可能以不同的方式被跟踪，例如在有限状态机中引起事务。毕竟，FSM 是管理协议(protocol)交互复杂性的好方法，它需要很多步骤!

将这些考虑系统化的一种方法从 Reactor 开始设计模式。

施密特的 ACE如果您有 C++ 背景，那么工作主体是解决这些问题的良好起点； Twisted也挺值得的，来自Python背景；而且我敢肯定，正如您所说，“许多其他语言”也存在类似的框架和白皮书集(我提供的维基百科 URL 确实指出了 ACE 和 Twisted 之外的其他语言的 Reactor 实现)。