关于Asio异步操作执行顺序与线程安全的技术问询

问题背景 #

作为Asio新手，我对异步操作的控制流存在疑惑，以下是我编写的服务器代码：

class session
{
    ...

    sendMsg()
    {
        bool idle = msgQueue.empty();
        msgQueue.push(msg);
        if (idle)
            send();
    }

    send()
    {
        async_write(write_handler);
    }

    write_handler()
    {
        msgQueue.pop();
        if (!msgQueue.empty())
            send();
    }

    recvMsg()
    {
        async_read(read_handler);
    }

    read_handler()
    {
        ...
        recvMsg();
    }

    ...
};

class server
{
    ...

    start()
    {
        async_accept(accept_handler);
    }

    accept_handler()
    {
        auto client = make_shared<session>(move(socket));
        client->recvMsg();
        ...
        start();
    }

    ...
};

int main()
{
    io_context;
    server srv(io_context, 22222);
    srv.start();
    io_context.run();
    return 0;
}

我有两个核心疑问：

1. 所有完成处理程序accept_handler、read_handler、write_handler均在调用io_context.run()的主线程中执行，它们是否会顺序执行而非并发？进而，msgQueue的访问是顺序的，是否无需为该队列添加互斥锁？
2. async_*函数会告知操作系统执行任务，这些任务会在其他线程中并行执行，即使多个任务同时完成，对应的完成处理程序是否仍会顺序执行，而非并发？

解答 #

处理程序执行顺序与msgQueue线程安全 #

所有完成处理程序确实会在调用io_context.run()的单个主线程内顺序执行，不会出现并发执行的情况。

默认情况下，单线程调用io_context.run()时，io_context会维护一个任务队列，所有就绪的完成处理程序都会被加入队列，然后按顺序逐个调度执行——同一时间只会有一个处理程序在运行。

因此你的msgQueue的所有操作（push、pop、empty）都是在同一个线程里按顺序进行的，不存在多线程竞态条件，完全不需要为msgQueue添加互斥锁。

异步任务完成后处理程序的执行逻辑 #

你对async_*函数的理解是正确的：async_*函数会将IO任务提交给操作系统，由操作系统在后台内核线程中执行IO操作。但完成处理程序的调度权完全在io_context手中。

即使多个IO任务同时完成，对应的完成处理程序也只会被加入io_context的任务队列，在调用io_context.run()的单线程中按顺序执行，不会并发运行。只有当你使用多个线程调用同一个io_context的run()方法时，处理程序才有可能在不同线程中并发执行，这时候才需要考虑线程安全问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ryan