std::future可以比std::promise活得更长吗

Is it okay for std::future to outlive a std::promise?

本文关键字：std future promise      更新时间：2023-10-16

clang ThreadManitizer在以下代码中报告数据竞赛：

#include <future>
#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
std::cout << "start!" << std::endl;
for (size_t i = 0; i < 100000; i++) {
std::promise<void> p;
std::future<void> f = p.get_future();
std::thread t = std::thread([p = std::move(p)]() mutable {
p.set_value();
});
f.get();
t.join();
}
std::cout << "done!" << std::endl;
return 0;
}

我可以通过用&p替换p = std::move(p)来修复竞争。然而，我找不到解释promise和future对象是否是线程安全的，或者它们的销毁顺序是否重要的文档。我的理解是，既然承诺和未来是通过"共享状态"进行沟通的，那么状态应该是线程安全的，销毁顺序也不重要，但TSan不同意。(如果没有TSan，程序似乎运行正常，而不是崩溃。(

这个代码真的有潜在的种族吗，或者这是一个TSan假阳性？

您可以在Ubuntu 19.10 Docker容器中运行以下命令，用Clang 9重现这一点：

$ docker run -it ubuntu:eoan /bin/bash
Inside container:
# apt update
# apt install clang-9 libc++-9-dev libc++abi-9-dev
# clang++-9 -fsanitize=thread -lpthread -std=c++17 -stdlib=libc++ -O0 -g test.cpp -o test
(See test.cpp file contents above)
# ./test

显示数据竞赛的示例输出(实际输出在运行之间有点变化(：

==================
WARNING: ThreadSanitizer: data race (pid=9731)
Write of size 8 at 0x7b2000000018 by thread T14:
#0 operator delete(void*) <null> (test+0x4b4e9e)
#1 std::__1::__shared_count::__release_shared() <null> (libc++.so.1+0x83f2c)
#2 std::__1::__tuple_leaf<1ul, test()::$_0, false>::~__tuple_leaf() /usr/lib/llvm-9/bin/../include/c++/v1/tuple:170:7 (test+0x4b7d38)
#3 std::__1::__tuple_impl<std::__1::__tuple_indices<0ul, 1ul>, std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0>::~__tuple_impl() /usr/lib/llvm-9/bin/../include/c++/v1/tuple:361:37 (test+0x4b7ce9)
#4 std::__1::tuple<std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0>::~tuple() /usr/lib/llvm-9/bin/../include/c++/v1/tuple:466:28 (test+0x4b7c98)
#5 std::__1::default_delete<std::__1::tuple<std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0> >::operator()(std::__1::tuple<std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0>*) const /usr/lib/llvm-9/bin/../include/c++/v1/memory:2338:5 (test+0x4b7c16)
#6 std::__1::unique_ptr<std::__1::tuple<std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0>, std::__1::default_delete<std::__1::tuple<std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0> > >::reset(std::__1::tuple<std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0>*) /usr/lib/llvm-9/bin/../include/c++/v1/memory:2593:7 (test+0x4b7b80)
#7 std::__1::unique_ptr<std::__1::tuple<std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0>, std::__1::default_delete<std::__1::tuple<std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0> > >::~unique_ptr() /usr/lib/llvm-9/bin/../include/c++/v1/memory:2547:19 (test+0x4b74ec)
#8 void* std::__1::__thread_proxy<std::__1::tuple<std::__1::unique_ptr<std::__1::__thread_struct, std::__1::default_delete<std::__1::__thread_struct> >, test()::$_0> >(void*) /usr/lib/llvm-9/bin/../include/c++/v1/thread:289:1 (test+0x4b7397)
Previous atomic read of size 1 at 0x7b2000000018 by main thread:
#0 pthread_cond_wait <null> (test+0x4268d8)
#1 std::__1::condition_variable::wait(std::__1::unique_lock<std::__1::mutex>&) <null> (libc++.so.1+0x422de)
#2 main /test/test.cpp:61:9 (test+0x4b713c)
Thread T14 (tid=18144, running) created by main thread at:
#0 pthread_create <null> (test+0x425c6b)
#1 std::__1::__libcpp_thread_create(unsigned long*, void* (*)(void*), void*) /usr/lib/llvm-9/bin/../include/c++/v1/__threading_support:336:10 (test+0x4b958c)
#2 std::__1::thread::thread<test()::$_0, void>(test()::$_0&&) /usr/lib/llvm-9/bin/../include/c++/v1/thread:303:16 (test+0x4b6fc4)
#3 test() /test/test.cpp:44:25 (test+0x4b6d96)
#4 main /test/test.cpp:61:9 (test+0x4b713c)
SUMMARY: ThreadSanitizer: data race (/test/test+0x4b4e9e) in operator delete(void*)
==================

当promise超出范围*时，会发生以下情况：

  • 如果共享状态未就绪，
    • 在共享状态中存储一个类型为future_error、错误类型为broken_promise的异常，然后
    • 使状态就绪
  • 否则，状态为就绪

在future上调用get()只能在promise超出范围之前未设置任何值的情况下导致异常。

现在，在共享状态有价值之前，实际上很难做出超出范围的承诺。线程已通过异常退出，或者出现逻辑错误，并非所有分支都调用promise::set_value。

您的特定代码似乎没有表现出任何类似的症状。移动承诺只是将共享状态的所有权移动到新的承诺。

至于竞争条件，保证get_future不会与promise::set_value及其变体发生任何数据竞争。CCD_ 12也被保证等待直到shared_state就绪。当promise超出范围时，它会在准备好后"释放"其共享状态，只有当它持有对它的最后一个引用时，才会破坏共享状态。由于你有另一个对它的引用(通过未来(，所以你是安全的。

现在，实现总是有可能发生数据竞赛(这是偶然的(，但根据标准，您发布的代码不应该有任何数据竞赛。

*参考[期货.状态]

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