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。

一、为何需要线程池

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。

1 #ifndef _THREADPOOL_H
 2 #define _THREADPOOL_H
 3 #include <vector>
 4 #include <queue>
 5 #include <thread>
 6 #include <iostream>
 7 #include <condition_variable>
 8 using namespace std;
 9  
10 const int MAX_THREADS = 1000; //最大线程数目
11  
12 template <typename T>
13 class threadPool
14 {
15 public:
16     threadPool(int number = 1);
17     ~threadPool();
18     bool append(T *task);
19     //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
20     static void *worker(void *arg);
21     void run();
22  
23 private:
24     //工作线程
25     vector<thread> workThread;
26     //任务队列
27     queue<T *> taskQueue;
28     mutex mt;
29     condition_variable condition;
30     bool stop;
31 };
32  
33 template <typename T>
34 threadPool<T>::threadPool(int number) : stop(false)
35 {
36     if (number <= 0 || number > MAX_THREADS)
37         throw exception();
38     for (int i = 0; i < number; i++)
39     {
40         cout << "create thread:" << i << endl;
41         workThread.emplace_back(worker, this);
42     }
43 }
44 template <typename T>
45 inline threadPool<T>::~threadPool()
46 {
47     {
48         unique_lock<mutex> unique(mt);
49         stop = true;
50     }
51     condition.notify_all();
52     for (auto &wt : workThread)
53         wt.join();
54 }
55 template <typename T>
56 bool threadPool<T>::append(T *task)
57 {
58     //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
59     unique_lock<mutex> unique(mt);
60     taskQueue.push(task);
61     unique.unlock();
62     //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
63     condition.notify_one();
64     return true;
65 }
66 template <typename T>
67 void *threadPool<T>::worker(void *arg)
68 {
69     threadPool *pool = (threadPool *)arg;
70     pool->run();
71     return pool;
72 }
73 template <typename T>
74 void threadPool<T>::run()
75 {
76     while (!stop)
77     {
78         unique_lock<mutex> unique(this->mt);
79         //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
80         while (this->taskQueue.empty())
81             this->condition.wait(unique);      
82         T *task = this->taskQueue.front();
83         this->taskQueue.pop();
84         if (task)
85             task->process();
86     }
87 }
88 #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。

1 #include "threadPool.h"
 2 #include <string>
 3 using namespace std;
 4 class Task
 5 {
 6 private:
 7     int total = 0;
 8  
 9 public:
10     void process();
11 };
12  
13 //任务具体实现什么功能,由这个函数实现
14 void Task::process()
15 {
16     //这里就输出一个字符串
17     cout << "task successful! " << endl;
18     this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
19 }
20  
21 template class std::queue<Task>;
22 int main(void)
23 {
24     threadPool<Task> pool(1);
25     std::string str;
26     while (1)
27     {
28         Task *task = new Task();
29         pool.append(task);
30         delete task;
31     }
32 }

 

 

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。