异步函数产生不一致的结果

asynchronous function producing inconsistent results

本文关键字：结果 不一致 函数 异步      更新时间：2023-10-16

我有一个异步运行的函数。不幸的是，它只是偶尔吐出正确的答案。每次运行代码时，由futures[i].get()表示的值都会发生变化。我是多线程的新手。

double async_func() const {
    vector<future<double>> futures;
    double val = 0;
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        futures.push_back(std::async(std::launch::async, [&] {return minor(i,0).determinant();}) );
    }       
    for (int i = 0; i < rows; i++) 
        val += futures[i].get();
    return val;
}

问题在于引用捕获。

for (int i = 0; i < rows; i++)
{
   futures.push_back(std::async(std::launch::async, [&] // capture by reference!
   {
       return minor(i,0).determinant();
   }));
}

这是一个问题，因为每个执行的方法都没有得到自己的值i，而是引用了循环变量i。因此，一旦为函数调用minor(i, 0)评估了i，它可能已经改变了。更糟糕的是，在循环结束之前，函数调用可能还没有执行。因此i可能在使用之前就已经被销毁了。

如果以上描述还不够，也许这个时间线会有所帮助。请注意，这不是一个真实的情况，它只是一个例证。

假设迭代i需要2个时间步长，评估函数的参数需要2个步骤，启动线程需要5个步骤（在真实的机器上可能更多！）。每个线程所完成的工作可能需要数千步（这就是我们将它们并行化的原因，对吧？）。

Time -->
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ...
^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^  ^  ^  ^  ^
| | | | | | | | | | |  |  |  |  Thread 3 function call.
| | | | | | | | | | |  |  |  Thread 3 evaluate parameters (i == garbage!).
| | | | | | | | | | |  |  Thread 3 start; Thread 2 function call.
| | | | | | | | | | |  Thread 2 evaluate parameters (i == garbage!).
| | | | | | | | | | Destroy i; Thread 2 start; Thread 1 function call.
| | | | | | | | | Loop condition broken; Thread 1 evaluate parameters (i == 4 !).
| | | | | | | | Thread 0 function call; Thread 1 start; i = 4;
| | | | | | | Thread 3 request to start; Thread 0 evaluate parameters (i == 3 !).
| | | | | | Thread 0 start; i = 3;
| | | | | Thread 2 request to start.
| | | | i = 2.
| | | Thread 1 request to start.
| | i = 1.
| Thread 0 request to start.
Create i, i = 0.

因此，一些线程获得了有意义的数据，而另一些线程则不会。根据实际时间，可能会在评估函数参数值的同时增加i，在这种情况下，您会遇到竞争条件。

分辨率是通过捕获i的值：

for (int i = 0; i < rows; i++)
{
   futures.push_back(std::async(std::launch::async, [=] // capture by value
   {
       return minor(i,0).determinant();
   }));
}

建议：在处理异步比特时，明确您捕获的内容：

for (int i = 0; i < rows; i++)
{
   futures.push_back(std::async(std::launch::async, [i] // explicit capture by value
   {
       return minor(i,0).determinant();
   }));
}

你还应该避免对你的未来向量进行重新定位。只需在循环之前添加futures.reserve(rows)即可。

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