boost::asio中strand在异步读写操作的线程安全与调用顺序问询

问题背景 #

手册中提到：

在异步组合操作（如async_read()或async_read_until()）中，如果完成处理器通过strand执行，那么所有中间处理器也应通过同一strand执行。这是为了确保调用者与组合操作之间共享对象的线程安全访问（以async_read()为例，共享对象是socket，调用者可通过close()取消操作）。这通过为所有中间处理器设置钩子函数，将调用转发到与最终处理器关联的可自定义钩子来实现。

现有如下场景：strand用于异步读取socket操作，socket读取数据后转发至另一异步写入socket，两个操作处于同一io_service中。请问该写入操作是否线程安全？它是否会隐式在同一strand中调用？还是需要显式在strand中调用async_write？

示例代码：

read_socket.async_read_some(my_buffer,
    boost::asio::bind_executor(my_strand,
      [](error_code ec, size_t length)
      {
           write_socket.async_write_some(boost::asio::buffer(data, size), handler);
      }));

上述示例中的async_write_some是否会顺序执行，还是同样需要strand？

问题解答 #

1. 不会隐式绑定到同一strand #

你示例中的async_write_some不会自动关联到my_strand。Asio仅会在单个异步组合操作内部（比如async_read这种封装了多次async_read_some的操作）自动将中间处理器绑定到最终handler的strand；而你的场景是两个独立的异步操作（读socket和写socket），不属于同一组合操作，所以Asio不会自动帮你关联strand。

2. 线程安全判断 #

• 如果write_socket仅在这个strand的handler中被操作（没有其他线程、其他strand直接调用它的方法），当前写法是线程安全的——因为read的handler在strand中串行执行，不会有并发访问write_socket的情况。
• 如果write_socket还被其他线程或strand操作（比如其他地方也发起了对它的异步写/读/关闭），那当前写法存在线程安全风险，必须显式将async_write_some的handler绑定到strand，才能避免并发访问socket的问题。

3. 顺序执行的保证 #

如果不绑定strand，async_write_some的handler可能被io_service的任意线程执行，和其他针对write_socket的异步操作可能并发执行，无法保证执行顺序。只有显式通过bind_executor将async_write_some的handler绑定到strand，才能确保所有针对write_socket的操作handler串行执行，保证顺序和线程安全。

修正后的示例代码 #

read_socket.async_read_some(my_buffer,
    boost::asio::bind_executor(my_strand,
      [](error_code ec, size_t length)
      {
           // 显式将write操作的handler绑定到my_strand，确保串行执行
           write_socket.async_write_some(boost::asio::buffer(data, size),
               boost::asio::bind_executor(my_strand, handler));
      }));

内容的提问来源于stack exchange，提问作者getsoubl