C++使用std::async与std::lock_guard时素数计数结果异常问题

问题根本原因 #

你遇到的结果不稳定和std::lock_guard完全无关，问题出在你没有等待所有异步任务执行完成，就提前读取了count变量的值返回，甚至还存在野指针访问的未定义行为：

• std::async启动异步任务后，你只是把返回的std::future存入了容器，没有做任何等待操作就直接返回了栈上的count变量。此时部分异步任务还没有执行完成，自然还没来得及对count做累加操作。
• 更严重的是，count是countPrimesAsync函数的栈变量，函数返回后栈空间就会被回收，还没执行完的异步任务持有的count指针会变成野指针，后续对野指针的写操作属于完全的未定义行为，结果随机偏差、程序崩溃都有可能出现。

修复方案 #

只需要在返回count前遍历所有std::future，调用wait()等待所有异步任务执行完成即可，同时建议把存储future的静态全局容器改成函数内局部变量，避免重复调用函数时容器内残留旧的future：

int countPrimesAsync(const long long limit) {
    int count = 0;
    // 改成局部变量，不需要静态全局
    std::vector<std::future<void>> futures;
    for(long i = 2; i < limit; ++i) {
        futures.push_back(std::async(std::launch::async, countPrimesHelper, &count, i));
    }
    // 等待所有异步任务执行完成
    for (auto& fut : futures) {
        fut.wait();
    }
    return count;
}

另外你当前的实现性能问题非常严重：每个数字都单独启动一个线程，上限稍大就会创建成百上千个线程，线程调度、创建销毁的开销会远大于素数判断的计算开销，实际执行速度会比串行版本慢几十倍。建议优化为按区间拆分任务，总共只启动和CPU核心数相当的线程数即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者iridiumcc