快速了解Boost.Asio 的多线程模型分享！

Boost.Asio 有两种支持多线程的方式，第一种方式比较简单：在多线程的场景下，每个线程都持有一个io_service，并且每个线程都调用各自的io_service的run()方法。

　　另一种支持多线程的方式：全局只分配一个io_service，并且让这个io_service在多个线程之间共享，每个线程都调用全局的io_service的run()方法。

每个线程一个 I/O Service

　　让我们先分析第一种方案：在多线程的场景下，每个线程都持有一个io_service (通常的做法是，让线程数和 CPU 核心数保持一致)。那么这种方案有什么特点呢？

1  在多核的机器上，这种方案可以充分利用多个 CPU 核心。

2  某个 socket 描述符并不会在多个线程之间共享，所以不需要引入同步机制。

3  在 event handler 中不能执行阻塞的操作，否则将会阻塞掉io_service所在的线程。

　　下面我们实现了一个AsioIOServicePool，封装了线程池的创建操作:

  class AsioIOServicePool  {  public:    using IOService = boost::asio::io_service;    using Work = boost::asio::io_service::work;    using WorkPtr = std::unique_ptr<Work>;    AsioIOServicePool(std::size_t size = std::thread::hardware_concurrency())      : ioServices_(size),       works_(size),       nextIOService_(0)    {      for (std::size_t i = 0; i < size; ++i)      {        works_[i] = std::unique_ptr<Work>(new Work(ioServices_[i]));      }      for (std::size_t i = 0; i < ioServices_.size(); ++i)      {        threads_.emplace_back([this, i] ()                   {                     ioServices_[i].run();                   });      }    }    AsioIOServicePool(const AsioIOServicePool &) = delete;    AsioIOServicePool &operator=(const AsioIOServicePool &) = delete;    // 使用 round-robin 的方式返回一个 io_service    boost::asio::io_service &getIOService()    {      auto &service = ioServices_[nextIOService_++];      if (nextIOService_ == ioServices_.size())      {        nextIOService_ = 0;      }      return service;    }    void stop()    {      for (auto &work: works_)      {        work.reset();      }      for (auto &t: threads_)      {        t.join();      }    }  private:    std::vector<IOService>    ioServices_;    std::vector<WorkPtr>     works_;    std::vector<std::thread>   threads_;    std::size_t         nextIOService_;  };

AsioIOServicePool使用起来也很简单：

  std::mutex mtx;       // protect std::cout  AsioIOServicePool pool;    boost::asio::steady_timer timer{pool.getIOService(), std::chrono::seconds{2}};  timer.async_wait([&mtx] (const boost::system::error_code &ec)           {             std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);             std::cout << "Hello, World! " << std::endl;           });  pool.stop();

一个 I/O Service 与多个线程

　　另一种方案则是先分配一个全局io_service，然后开启多个线程，每个线程都调用这个io_service的run()方法。这样，当某个异步事件完成时，io_service就会将相应的 event handler 交给任意一个线程去执行。

　　然而这种方案在实际使用中，需要注意一些问题：

1  在 event handler 中允许执行阻塞的操作 (例如数据库查询操作)。

2  线程数可以大于 CPU 核心数，譬如说，如果需要在 event handler 中执行阻塞的操作，为了提高程序的响应速度，这时就需要提高线程的数目。

3  由于多个线程同时运行事件循环(event loop)，所以会导致一个问题：即一个 socket 描述符可能会在多个线程之间共享，容易出现竞态条件 (race condition)。譬如说，如果某个 socket 的可读事件很快发生了两次，那么就会出现两个线程同时读同一个 socket 的问题 (可以使用strand解决这个问题)。

　　下面实现了一个线程池，在每个 worker 线程中执行io_service的run()方法：

  class AsioThreadPool  {  public:    AsioThreadPool(int threadNum = std::thread::hardware_concurrency())      : work_(new boost::asio::io_service::work(service_))    {      for (int i = 0; i < threadNum; ++i)      {        threads_.emplace_back([this] () { service_.run(); });      }    }    AsioThreadPool(const AsioThreadPool &) = delete;    AsioThreadPool &operator=(const AsioThreadPool &) = delete;    boost::asio::io_service &getIOService()    {      return service_;    }    void stop()    {      work_.reset();      for (auto &t: threads_)      {        t.join();      }    }  private:    boost::asio::io_service service_;    std::unique_ptr<boost::asio::io_service::work> work_;    std::vector<std::thread> threads_;  };

无锁的同步方式

　　要怎样解决前面提到的竞态条件呢？Boost.Asio 提供了io_service::strand：如果多个 event handler 通过同一个 strand 对象分发 (dispatch)，那么这些 event handler 就会保证顺序地执行。

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