【收集】Linux线程池(C语言)及简单实现示例 分类: Linux --- 应用程序设计 2014-12-01 18:02 65人阅读 评论(0) 收藏
【收集】Linux线程池(C语言)及简单实现示例
线程池基本原理
在传统服务器结构中, 常是 有一个总的 监听线程监听有没有新的用户连接服务器, 每当有一个新的 用户进入, 服务器就开启一个新的线程用户处理这 个用户的数据包。这个线程只服务于这个用户 , 当 用户与服务器端关闭连接以后, 服务器端销毁这个线程。然而频繁地开辟与销毁线程极大地占用了系统的资源。而且在大量用户的情况下, 系统为了开辟和销毁线程将浪费大量的时间和资源。线程池提供了一个解决外部大量用户与服务器有限资源的矛盾, 线程池和传统的一个用户对应一 个线程的处理方法不同, 它的基本思想就是在程序 开始时就在内存中开辟一些线程, 线程的数目是 固定的,他们独自形成一个类, 屏蔽了对外的操作, 而服务器只需要将数据包交给线程池就可以了。当有新的客户请求到达时 , 不是新创建一个线程为其服务 , 而是从“池子”中选择一个空闲的线程为新的客户请求服务 ,服务完毕后 , 线程进入空闲线程池中。如果没有线程空闲 的 话, 就 将 数 据 包 暂 时 积 累 , 等 待 线 程 池 内 有 线 程空闲以后再进行处理。通过对多个任务重用已经存在的线程对象 , 降低了对线程对象创建和销毁的开销。当客户请求 时 , 线程对象 已 经 存 在 , 可 以 提 高 请 求 的响应时间 , 从而整体地提高了系统服务的表现。另一种线程池描述
大多数的网络服务器,包括Web服务器都具有一个特点,就是单位时间内必须处理数目巨大的连接请求,但是处理时间却是比较短的。在传统的多线程服务器模型中是这样实现的:一旦有个请求到达,就创建一个新的线程,由该线程执行任务,任务执行完毕之后,线程就退出。这就是"即时创建,即时销毁"的策略。尽管与创建进程相比,创建线程的时间已经大大的缩短,但是如果提交给线程的任务是执行时间较短,而且执行次数非常频繁,那么服务器就将处于一个不停的创建线程和销毁线程的状态。这笔开销是不可忽略的,尤其是线程执行的时间非常非常短的情况。
线程池就是为了解决上述问题的,它的实现原理是这样的:在应用程序启动之后,就马上创建一定数量的线程,放入空闲的队列中。这些线程都是处于阻塞状态,这些线程只占一点内存,不占用CPU。当任务到来后,线程池将选择一个空闲的线程,将任务传入此线程中运行。当所有的线程都处在处理任务的时候,线程池将自动创建一定的数量的新线程,用于处理更多的任务。执行任务完成之后线程并不退出,而是继续在线程池中等待下一次任务。当大部分线程处于阻塞状态时,线程池将自动销毁一部分的线程,回收系统资源。
一般来说实现一个线程池主要包括以下几个组成部分:
1)线程管理器:用于创建并管理线程池。2)工作线程:线程池中实际执行任务的线程。在初始化线程时会预先创建好固定数目的线程在池中,这些初始化的线程一般处于空闲状态,一般不占用CPU,占用较小的内存空间。
3)任务接口:每个任务必须实现的接口,当线程池的任务队列中有可执行任务时,被空闲的工作线程调去执行(线程的闲与忙是通过互斥量实现的,跟前面文章中的设置标志位差不多),把任务抽象出来形成接口,可以做到线程池与具体的任务无关。
4)任务队列:用来存放没有处理的任务,提供一种缓冲机制,实现这种结构有好几种方法,常用的是队列,主要运用先进先出原理,另外一种是链表之类的数据结构,可以动态的为它分配内存空间,应用中比较灵活,下文中就是用到的链表。
下面的不在赘述百度《线程池技术在并发服务器中的应用》写的非常详细!
转自:http://blog.csdn.net/zouxinfox/article/details/3560891
什么时候需要创建线程池呢?简单的说,如果一个应用需要频繁的创建和销毁线程,而任务执行的时间又非常短,这样线程创建和销毁的带来的开销就不容忽视,这时也是线程池该出场的机会了。如果线程创建和销毁时间相比任务执行时间可以忽略不计,则没有必要使用线程池了。
下面是Linux系统下用C语言创建的一个线程池。线程池会维护一个任务链表(每个CThread_worker结构就是一个任务)。
pool_init()函数预先创建好max_thread_num个线程,每个线程执thread_routine ()函数。该函数中
while (pool->cur_queue_size == 0) { pthread_cond_wait (&(pool->queue_ready),&(pool->queue_lock)); }
表示如果任务链表中没有任务,则该线程出于阻塞等待状态。否则从队列中取出任务并执行。
pool_add_worker()函数向线程池的任务链表中加入一个任务,加入后通过调用pthread_cond_signal (&(pool->queue_ready))唤醒一个出于阻塞状态的线程(如果有的话)。
pool_destroy ()函数用于销毁线程池,线程池任务链表中的任务不会再被执行,但是正在运行的线程会一直把任务运行完后再退出。
示例代码
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <pthread.h> #include <assert.h> /* *线程池里所有运行和等待的任务都是一个CThread_worker *由于所有任务都在链表里,所以是一个链表结构 */ typedef struct worker { /*回调函数,任务运行时会调用此函数,注意也可声明成其它形式*/ void *(*process) (void *arg); void *arg;/*回调函数的参数*/ struct worker *next; } CThread_worker; /*线程池结构*/ typedef struct { pthread_mutex_t queue_lock; pthread_cond_t queue_ready; /*链表结构,线程池中所有等待任务*/ CThread_worker *queue_head; /*是否销毁线程池*/ int shutdown; pthread_t *threadid; /*线程池中允许的活动线程数目*/ int max_thread_num; /*当前等待队列的任务数目*/ int cur_queue_size; } CThread_pool; int pool_add_worker (void *(*process) (void *arg), void *arg); void *thread_routine (void *arg); //share resource static CThread_pool *pool = NULL; void pool_init (int max_thread_num) { pool = (CThread_pool *) malloc (sizeof (CThread_pool)); pthread_mutex_init (&(pool->queue_lock), NULL); pthread_cond_init (&(pool->queue_ready), NULL); pool->queue_head = NULL; pool->max_thread_num = max_thread_num; pool->cur_queue_size = 0; pool->shutdown = 0; pool->threadid = (pthread_t *) malloc (max_thread_num * sizeof (pthread_t)); int i = 0; for (i = 0; i < max_thread_num; i++) { pthread_create (&(pool->threadid[i]), NULL, thread_routine,NULL); } } /*向线程池中加入任务*/ int pool_add_worker (void *(*process) (void *arg), void *arg) { /*构造一个新任务*/ CThread_worker *newworker = (CThread_worker *) malloc (sizeof (CThread_worker)); newworker->process = process; newworker->arg = arg; newworker->next = NULL;/*别忘置空*/ pthread_mutex_lock (&(pool->queue_lock)); /*将任务加入到等待队列中*/ CThread_worker *member = pool->queue_head; if (member != NULL) { while (member->next != NULL) member = member->next; member->next = newworker; } else { pool->queue_head = newworker; } assert (pool->queue_head != NULL); pool->cur_queue_size++; pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock)); /*好了,等待队列中有任务了,唤醒一个等待线程; 注意如果所有线程都在忙碌,这句没有任何作用*/ pthread_cond_signal (&(pool->queue_ready)); return 0; } /*销毁线程池,等待队列中的任务不会再被执行,但是正在运行的线程会一直 把任务运行完后再退出*/ int pool_destroy () { if (pool->shutdown) return -1;/*防止两次调用*/ pool->shutdown = 1; /*唤醒所有等待线程,线程池要销毁了*/ pthread_cond_broadcast (&(pool->queue_ready)); /*阻塞等待线程退出,否则就成僵尸了*/ int i; for (i = 0; i < pool->max_thread_num; i++) pthread_join (pool->threadid[i], NULL); free (pool->threadid); /*销毁等待队列*/ CThread_worker *head = NULL; while (pool->queue_head != NULL) { head = pool->queue_head; pool->queue_head = pool->queue_head->next; free (head); } /*条件变量和互斥量也别忘了销毁*/ pthread_mutex_destroy(&(pool->queue_lock)); pthread_cond_destroy(&(pool->queue_ready)); free (pool); /*销毁后指针置空是个好习惯*/ pool=NULL; return 0; } void * thread_routine (void *arg) { printf ("starting thread 0x%x\n", pthread_self ()); while (1) { pthread_mutex_lock (&(pool->queue_lock)); /*如果等待队列为0并且不销毁线程池,则处于阻塞状态; 注意 pthread_cond_wait是一个原子操作,等待前会解锁,唤醒后会加锁*/ while (pool->cur_queue_size == 0 && !pool->shutdown) { printf ("thread 0x%x is waiting\n", pthread_self ()); pthread_cond_wait (&(pool->queue_ready), &(pool->queue_lock)); } /*线程池要销毁了*/ if (pool->shutdown) { /*遇到break,continue,return等跳转语句,千万不要忘记先解锁*/ pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock)); printf ("thread 0x%x will exit\n", pthread_self ()); pthread_exit (NULL); } printf ("thread 0x%x is starting to work\n", pthread_self ()); /*assert是调试的好帮手*/ assert (pool->cur_queue_size != 0); assert (pool->queue_head != NULL); /*等待队列长度减去1,并取出链表中的头元素*/ pool->cur_queue_size--; CThread_worker *worker = pool->queue_head; pool->queue_head = worker->next; pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock)); /*调用回调函数,执行任务*/ (*(worker->process)) (worker->arg); free (worker); worker = NULL; } /*这一句应该是不可达的*/ pthread_exit (NULL); } // 下面是测试代码 void * myprocess (void *arg) { printf ("threadid is 0x%x, working on task %d\n", pthread_self (),*(int *) arg); sleep (1);/*休息一秒,延长任务的执行时间*/ return NULL; } int main (int argc, char **argv) { pool_init (3);/*线程池中最多三个活动线程*/ /*连续向池中投入10个任务*/ int *workingnum = (int *) malloc (sizeof (int) * 10); int i; for (i = 0; i < 10; i++) { workingnum[i] = i; pool_add_worker (myprocess, &workingnum[i]); } /*等待所有任务完成*/ sleep (5); /*销毁线程池*/ pool_destroy (); free (workingnum); return 0; }将上述所有代码放入threadpool.c文件中,
在Linux输入编译命令
$ gcc poll_ptherad.c -o poll_ptherad -lpthread 运行结果:
$ ./poll_ptherad starting thread 0xb759eb40 thread 0xb759eb40 is starting to work threadid is 0xb759eb40, working on task 0 starting thread 0xb659cb40 thread 0xb659cb40 is starting to work threadid is 0xb659cb40, working on task 1 starting thread 0xb6d9db40 thread 0xb6d9db40 is starting to work threadid is 0xb6d9db40, working on task 2 thread 0xb759eb40 is starting to work threadid is 0xb759eb40, working on task 3 thread 0xb659cb40 is starting to work threadid is 0xb659cb40, working on task 4 thread 0xb6d9db40 is starting to work threadid is 0xb6d9db40, working on task 5 thread 0xb759eb40 is starting to work threadid is 0xb759eb40, working on task 6 thread 0xb6d9db40 is starting to work threadid is 0xb6d9db40, working on task 7 thread 0xb659cb40 is starting to work threadid is 0xb659cb40, working on task 8 thread 0xb759eb40 is starting to work thread 0xb6d9db40 is waiting thread 0xb659cb40 is waiting threadid is 0xb759eb40, working on task 9 thread 0xb759eb40 is waiting thread 0xb6d9db40 will exit thread 0xb659cb40 will exit thread 0xb759eb40 will exit
参考链接
http://blog.csdn.net/hubi0952/article/details/8045094
http://www.cnblogs.com/venow/archive/2012/11/22/2779667.html