一、为何需要线程池学一门新技术,还是要问那个问题,为什么我们需要这个技术,这个技术能解决什么痛点。
那么为什么我们需要线程池技术呢?多线程编程用的好好的,干嘛还要引入线程池这个东西呢?引入一个新的技术肯定不是为了装逼,肯定是为了解决某个问题的,而服务端一般都是效率问题。
我们可以看到多线程提高了CPU的使用率和程序的工作效率,但是如果有大量的线程,就会影响性能,因为要大量的创建与销毁,因为CPU需要在它们之间切换。线程池可以想象成一个池子,它的作用就是让每一个线程结束后,并不会销毁,而是放回到线程池中成为空闲状态,等待下一个对象来使用。
二、C++中的线程池但是让人遗憾的是,C++并没有在语言级别上支持线程池技术,总感觉C++委员会对多线程的支持像是犹抱琵琶半遮面的羞羞女一样,无法完全的放开。
虽然无法从语言级别上支持,但是我们可以利用条件变量和互斥锁自己实现一个线程池。这里就不得不啰嗦几句,条件变量和互斥锁就像两把利剑,几乎可以实现多线程技术中的大部分问题,不管是生产消费者模型,还是线程池,亦或是信号量,所以我们必须好好掌握好这两个工具。
#ifndef _THREADPOOL_H #define _THREADPOOL_H #include <vector> #include <queue> #include <thread> #include <iostream> #include <condition_variable> using namespace std; const int MAX_THREADS = 1000; //最大线程数目 template <typename T> class threadPool { public: threadPool(int number = 1); ~threadPool(); bool append(T *task); //工作线程需要运行的函数,不断的从任务队列中取出并执行 static void *worker(void *arg); void run(); private: //工作线程 vector<thread> workThread; //任务队列 queue<T *> taskQueue; mutex mt; condition_variable condition; bool stop; }; template <typename T> threadPool<T>::threadPool(int number) : stop(false) { if (number <= 0 || number > MAX_THREADS) throw exception(); for (int i = 0; i < number; i++) { cout << "create thread:" << i << endl; workThread.emplace_back(worker, this); } } template <typename T> inline threadPool<T>::~threadPool() { { unique_lock<mutex> unique(mt); stop = true; } condition.notify_all(); for (auto &wt : workThread) wt.join(); } template <typename T> bool threadPool<T>::append(T *task) { //往任务队列添加任务的时候,要加锁,因为这是线程池,肯定有很多线程 unique_lock<mutex> unique(mt); taskQueue.push(task); unique.unlock(); //任务添加完之后,通知阻塞线程过来消费任务,有点像生产消费者模型 condition.notify_one(); return true; } template <typename T> void *threadPool<T>::worker(void *arg) { threadPool *pool = (threadPool *)arg; pool->run(); return pool; } template <typename T> void threadPool<T>::run() { while (!stop) { unique_lock<mutex> unique(this->mt); //如果任务队列为空,就停下来等待唤醒,等待另一个线程发来的唤醒请求 while (this->taskQueue.empty()) this->condition.wait(unique); T *task = this->taskQueue.front(); this->taskQueue.pop(); if (task) task->process(); } } #endif三、线程池代码解析
对于线程池ThreadPool,必须要有构造和析构函数,构造函数中,创建N个线程(这个自己指定),插入到工作线程当中,工作线程可以是vector结构。工作线程中的线程具体要做什么呢?进入线程的时候必要用unique_lock进程加锁处理,不能让其他线程以及主线程影响到要处理的这个线程。判断任务队列是否为空,如果为空,则利用条件变量中的wait函数来阻塞该线程,等待任务队列不为空之后唤醒它。然后取出任务队列中的任务,执行任务中的具体操作。接着将任务放入任务队列taskQueue,这里的任务是外部根据自己的业务自己定义的,可以是对象,可以是函数,结构体等等,而任务队列这里定义为queue结构,一定要记得将任务放入任务队列的时候,要在之前加锁,放入之后在解锁,这里的加锁解锁可以用unique_lock结构,当然也可以用mutex结构,而放入任务队列之后就可以用条件变量的notify_one函数通知阻塞的线程来取任务处理了。
看过我之前写的《生产消费者模型之条件变量》的朋友对以上代码有点熟悉,没错,线程池的实现就有点像是生产消费者模型,append()就像是生产者,不断的将任务放入队列,run()函数就像消费者,不断的从任务队列中取出任务来处理,生产消费的两头分别用notify_one()和wait()来唤醒和阻塞。更加详细的介绍可以去看我的上一篇文章。
最后写一个main文件来调用线程池的相关接口,main文件里定义一个任务对象,然后是main函数。
#include "threadPool.h" #include <string> using namespace std; class Task { private: int total = 0; public: void process(); }; //任务具体实现什么功能,由这个函数实现 void Task::process() { //这里就输出一个字符串 cout << "task successful! " << endl; this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1)); } template class std::queue<Task>; int main(void) { threadPool<Task> pool(1); std::string str; while (1) { Task *task = new Task(); pool.append(task); delete task; } }
以上就是线程池的实现部分,充分利用条件变量和互斥锁来实现,模型可以参考生产消费者模型。以上代码部分来自网络,根据自己的需求更改一些。
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