C语言实现线程池技术
线程池(thread pool)技术是指能够保证所创建的任一线程都处于繁忙状态，而不需要频繁地为了某一任务而创建和销毁线程，因为系统在创建和销毁线程时所耗费的cpu资源很大。如果任务很多，频率很高，为了单一一个任务而起线程而后销线程，那么这种情况效率相当低下的。线程池技术就是用于解决这样一种应用场景而应运而生的。
线程池技术的工作原理：在起先就创建一定数量的线程以队列形式存在，并为其分配一个工作队列，当工作队列为空时，表示没有任务，此时所有线程挂起等待新的工作到来。当新的工作到来时，线程队列头开始执行这个任务，然后依次是第二、第三个线程执行新到来的任务，当其中某个线程处理完任务后，那么该线程立马开始接受任务分派，从而让所有线程都处于忙碌的状态，提高并行处理效率。
线程池技术是一种典型的生产者-消费者模型。因此，无论用哪种语言实现，只要遵循其原理本身就能够很好的工作了。那么实现线程池技术我们需要考虑到哪些技术性的问题？
C语言线程池技术的实现：
需要考虑的技术问题一，线程池应该包含哪些成员变量。
既然要开一定数量的线程，那么这个“一定数量(max_thread_num)”必定是线程池的一个成员。
如何表示一个线程池是否已经关闭？如果关闭那么必需要立马释放资源。所以“是否关闭(shutdown)”也是一个成员。
创建线程需要有id，必需要为每个线程准备一个id，所以需要一个id数组，其长度就是max_thread_num。
线程锁，用以保证对线程操作时的互斥性。所以需要一个锁,queue_lock。
条件变量(condition_variable)，这里使用条件变量主要是为了广播任务到来的消息给所有线程。当有处于空闲的线程，则由此线程
接受任务分派。所以需要一个条件变量queue_ready。
最为重要的就是任务本身，也就是工作。那么工作本身又需要哪几个成员变量？首先肯定是任务入口，routine函数；
其次是routine函数的参数args；再次任务是以队列存在着的，所以任务本身应该包含一个next。
需要考虑的技术问题二，线程池应该包含哪些api。
一、创建线程池，create_tpool
二、销毁线程池，destroy_tpool
三、分派任务，add_task_2_tpool
基于上述分析，我们可以先构造头文件。
tpool.h
点击查看代码
#ifndef T_POOL
#define T_POOL
#include <pthread.h>
#include <ctype.h>
typedef struct tpool_work{
void* (*work_routine)(void*); //function to be called
void* args; //arguments
struct tool_work* next;
}tpool_work_t;
typedef struct tpool{
size_t shutdown; //is tpool shutdown or not, 1 ---> yes; 0 ---> no
size_t maxnum_thread; // maximum of threads
pthread_t *thread_id; // a array of threads
tpool_work_t* tpool_head; // tpool_work queue
pthread_cond_t queue_ready; // condition varaible
pthread_mutex_t queue_lock; // queue lock
}tpool_t;
/***************************************************
*@brief:
* create thread pool
*@args:
* max_thread_num ---> maximum of threads
* pool ---> address of thread pool
*@return value:
* 0 ---> create thread pool successfully
* othres ---> create thread pool failed
***************************************************/
int create_tpool(tpool_t** pool,size_t max_thread_num);
/***************************************************
*@brief:
* destroy thread pool
*@args:
* pool ---> address of pool
***************************************************/
void destroy_tpool(tpool_t* pool);
/**************************************************
*@brief:
* add tasks to thread pool
*@args:
* pool ---> thread pool
* routine ---> entry function of each thread
* args ---> arguments
*@return value:
* 0 ---> add ok
* others ---> add failed
**************************************************/
int add_task_2_tpool(tpool_t* pool,void* (*routine)(void*),void* args);
#endif//tpool.h
这里我们需要考虑到，将线程池封装成一个so库是比较好的想法，那么，线程池的所有权就应该交予调用它的函数。所以我这里采取的就是这个方法。
tpool.c
点击查看代码
#include "tpool.h"
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
static void* work_routine(void* args)
{
tpool_t* pool = (tpool_t*)args;
tpool_work_t* work = NULL;
while(1){
pthread_mutex_lock(&pool->queue_lock);
while(!pool->tpool_head && !pool->shutdown){ // if there is no works and pool is not shutdown, it should be suspended for being awake
pthread_cond_wait(&pool->queue_ready,&pool->queue_lock);
}
if(pool->shutdown){
pthread_mutex_unlock(&pool->queue_lock);//pool shutdown,release the mutex and exit
pthread_exit(NULL);
}
/* tweak a work*/
work = pool->tpool_head;
pool->tpool_head = (tpool_work_t*)pool->tpool_head->next;
pthread_mutex_unlock(&pool->queue_lock);
work->work_routine(work->args);
free(work);
}
return NULL;
}
int create_tpool(tpool_t** pool,size_t max_thread_num)
{
(*pool) = (tpool_t*)malloc(sizeof(tpool_t));
if(NULL == *pool){
printf("in %s,malloc tpool_t failed!,errno = %d,explain:%s\n",__func__,errno,strerror(errno));
exit(-1);
}
(*pool)->shutdown = 0;
(*pool)->maxnum_thread = max_thread_num;
(*pool)->thread_id = (pthread_t*)malloc(sizeof(pthread_t)*max_thread_num);
if((*pool)->thread_id == NULL){
printf("in %s,init thread id failed,errno = %d,explain:%s",__func__,errno,strerror(errno));
exit(-1);
}
(*pool)->tpool_head = NULL;
if(pthread_mutex_init(&((*pool)->queue_lock),NULL) != 0){
printf("in %s,initial mutex failed,errno = %d,explain:%s",__func__,errno,strerror(errno));
exit(-1);
}
if(pthread_cond_init(&((*pool)->queue_ready),NULL) != 0){
printf("in %s,initial condition variable failed,errno = %d,explain:%s",__func__,errno,strerror(errno));
exit(-1);
}
for(int i = 0; i < max_thread_num; i++){
if(pthread_create(&((*pool)->thread_id[i]),NULL,work_routine,(void*)(*pool)) != 0){
printf("pthread_create failed!\n");
exit(-1);
}
}
return 0;
}
void destroy_tpool(tpool_t* pool)
{
tpool_work_t* tmp_work;
if(pool->shutdown){
return;
}
pool->shutdown = 1;
pthread_mutex_lock(&pool->queue_lock);
pthread_cond_broadcast(&pool->queue_ready);
pthread_mutex_unlock(&pool->queue_lock);
for(int i = 0; i < pool->maxnum_thread; i++){
pthread_join(pool->thread_id[i],NULL);
}
free(pool->thread_id);
while(pool->tpool_head){
tmp_work = pool->tpool_head;
pool->tpool_head = (tpool_work_t*)pool->tpool_head->next;
free(tmp_work);
}
pthread_mutex_destroy(&pool->queue_lock);
pthread_cond_destroy(&pool->queue_ready);
free(pool);
}
int add_task_2_tpool(tpool_t* pool,void* (*routine)(void*),void* args)
{
tpool_work_t* work,*member;
if(!routine){
printf("rontine is null!\n");
return -1;
}
work = (tpool_work_t*)malloc(sizeof(tpool_work_t));
if(!work){
printf("in %s,malloc work error!,errno = %d,explain:%s\n",__func__,errno,strerror(errno));
return -1;
}
work->work_routine = routine;
work->args = args;
work->next = NULL;
pthread_mutex_lock(&pool->queue_lock);
member = pool->tpool_head;
if(!member){
pool->tpool_head = work;
}
else{
while(member->next){
member = (tpool_work_t*)member->next;
}
member->next = work;
}
//notify the pool that new task arrived!
pthread_cond_signal(&pool->queue_ready);
pthread_mutex_unlock(&pool->queue_lock);
return 0;
}
点击查看代码
#include "tpool.h"
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
void* fun(void* args)
{
int thread = (int)args;
printf("running the thread of %d\n",thread);
return NULL;
}
int main(int argc, char* args[])
{
tpool_t* pool = NULL;
if(0 != create_tpool(&pool,5)){
printf("create_tpool failed!\n");
return -1;
}
for(int i = 0; i < 1000; i++){
add_task_2_tpool(pool,fun,(void*)i);
}
sleep(2);
destroy_tpool(pool);
return 0;
}
Makefile
点击查看代码
pool: tpool.c demo.c
gcc tpool.c demo.c -o pool -lpthread -std=c99
clean:
rm ./pool
