半同步/半反应堆线程池

介绍

• 异步线程只有一个，由主线程充当，它负责监听所有 socket 上的事件
• 如果监听 socket 上发生读事件（有新的连接请求到来），主线程就接受得到新的连接 socket，然后往 epoll 内核事件表上注册该连接 socket 上的读写事件
• 如果连接 socket 上发生读写事件（客户端和服务端有数据传输），主线程将该连接 socket 插入请求队列
• 所有工作线程都睡眠在请求队列上，当有任务到来时，他们通过竞争获得任务接管权

代码

#ifndef THREADPOOL_H
#define THREADPOOL_H

#include <list>
#include <cstdio>
#include <exception>
#include <pthread.h>
#include "locker.h"

// 定义成模板类是为了代码复用，T 是任务的类型
template <typename T>
class threadpool {
public:
    threadpool(int thread_number = 8, int max_requests = 10000);
    ~threadpool();
    bool append(T *request); // 往请求队列中添加任务
private:
    static void * worker(void *arg); // 工作线程运行的函数
    void run();
private:
    pthread_t *m_threads; // 描述线程池的数组
    int m_thread_number; // 线程池中的线程数
    
    std::list<T> m_workqueue; // 请求队列
    int m_max_requests; // 请求队列中允许的最大请求数
    
    locker m_queuelocker; // 保护请求队列的互斥锁
    sem m_queuestat; // 是否有任务需要处理
    
    bool m_stop; // 是否结束线程
};

template <typename T>
threadpool<T>::threadpool(int thread_number, int max_requests) : 
                          m_threads(nullptr),
                          m_thread_number(thread_number),
                          m_max_requests(max_requests),
                          m_stop(false)
{
    if (thread_number <= 0 || max_requests <= 0) {
        throw std::exception();
	}
    m_threads = new pthread_t[m_thread_number];
    if (m_threads == nullptr) {
        throw std::exception();
    }
    // 创建 m_thread_number 个线程，并将他们设置成脱离线程
    for (int i = 0; i < m_thread_number; i++) {
        printf("create the %dth thread\n", i);
        if (pthread_create(m_threads + i, nullptr, worker, (void *)this) != 0) {
            delete [] m_threads;
            throw std::exception();
        }
        if (pthread_detach(m_threads[i]) != 0) {
            delete [] m_threads;
            throw std::exception();
        }
    }
}

template <typename T>
threadpool<T>::~threadpool()
{
    delete [] m_threads;
    m_stop = true;
}

template <typename T>
bool threadpool<T>::append(T *request)
{
    m_queuelocker.lock();
    if (m_workqueue.size() > m_max_requests) {
        m_queuelocker.unlock();
        return false;
    }
    m_workqueue.push_back(request);
    m_queuelocker.unlock();
    m_queuestat.post();
    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 (!m_stop) {
        m_queuestat.wait();
        m_queuelocker.lock();
        if (m_workqueue.empty()) {
            m_queuelocker.unlock();
            continue;
        }
        T *request = m_workqueue.front();
        m_workqueue.pop_front();
        m_queuelocker.unlock();
        if (request == nullptr)
            continue;
        request->process(); // 任务的处理函数
    }
}

#endif

注意事项

• 每个工作线程调用 worker 函数，worker 函数再调用 run 函数，为什么不直接 pthread_create(m_threads + i, nullptr, run, nullptr)？
  • C++ 类的非静态成员函数第一个参数是隐含的 this 指针，所以 run 函数的参数个数和所需不匹配
  • 而静态函数成员不含 this 指针
• 如何在静态函数成员中使用类的动态成员？
  • 将类的对象作为参数传递给该静态函数，然后在静态函数中引用这个对象，并调用其动态方法
  • 通过类的静态对象来调用。比如单例模式中，静态函数可以通过类的全局唯一实例来访问动态成员函数