如何基于Boost.Asio的awaitable实现whenAll等任务原语

官方原生支持（推荐优先使用） #

Boost.Asio 从1.80版本开始已经在实验性命名空间下提供了和.NET Task.WhenAll/Task.WhenAny完全对应的能力，不需要从零手写实现：

• 头文件引入：只需要包含boost/asio/experimental/awaitable_operators.hpp即可使用所有相关原语
• when_all（等待所有任务完成）：
  支持两种调用方式，一种是通过重载的&&运算符拼接多个awaitable，另一种是直接调用可变参数模板函数when_all。传入的所有任务会自动被投递到当前协程绑定的io_context执行器上并行调度，所有任务完成后会返回包含所有任务返回值的元组，任务抛出的异常会直接向外传播。
  示例代码：

  #include <boost/asio/experimental/awaitable_operators.hpp>
  using namespace boost::asio::experimental::awaitable_operators;
  
  asio::awaitable<int> task1();
  asio::awaitable<std::string> task2();
  
  asio::awaitable<void> demo_when_all() {
    // 运算符写法
    auto [num_ret, str_ret] = co_await (task1() && task2());
    // 函数写法，支持任意数量任务
    // auto all_results = co_await when_all(task1(), task2(), task3());
  }
  

• when_any（等待任意任务完成）：
  对应提供了重载的||运算符和when_any函数，只要传入的任意一个awaitable执行完成，就会立刻恢复外层协程，剩余未完成的任务会收到取消信号自动终止。返回值是std::variant类型，按顺序存储所有可能的任务返回值类型，可以通过std::holds_alternative、std::get判断和获取第一个完成的任务结果。
  示例代码：

  asio::awaitable<void> demo_when_any() {
    asio::steady_timer timeout(co_await asio::this_coro::executor, std::chrono::seconds(3));
    auto ret = co_await (timeout.async_wait(asio::use_awaitable) || task1());
    if (std::holds_alternative<int>(ret)) {
      // task1先完成
    } else {
      // 超时先触发
    }
  }
  

• taskFromResult/TaskCompletionSource对应能力：
  直接返回已就绪结果的taskFromResult可以用asio::make_awaitable实现，传入执行器和要返回的值，就能得到一个立即就绪的awaitable<T>。
  对应TaskCompletionSource的手动完成触发能力，可以通过自定义异步操作配合async_result实现，简单场景下用一个关联了执行器的promise即可，支持手动设置返回值、异常，触发等待的协程恢复。

旧版本Asio手动实现要点 #

如果使用1.80之前的Asio版本，没有内置上述原语，可以按以下逻辑自行实现：

• 并行调度的核心是不要在同一个协程内顺序co_await多个任务（这种写法是串行执行），要把所有需要并行的任务通过asio::co_spawn投递到同一个io_context执行器上，由事件循环统一调度才能实现并行。
• when_all实现：用原子变量维护剩余未完成任务的计数，预先分配好结果存储的内存，每个任务完成时把结果存入对应位置、计数减1，计数归0时恢复外层等待协程；如果需要异常快速失败逻辑，任意任务抛出异常时直接触发外层协程恢复，同时给其他未完成任务发送取消信号。
• when_any实现：用原子标记位记录是否已有任务完成，任意任务完成时先通过标记位做去重检查，第一个完成的任务负责保存结果、恢复外层协程，其余任务后续完成时直接丢弃结果即可，触发恢复的同时要给所有未完成任务传递停止信号，避免资源泄漏。
• 注意所有协程的恢复操作必须投递到对应io_context的执行器上执行，禁止跨线程直接resume协程，否则会触发数据竞争。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tripleslash