C++11多线程编程(六)——线程池的实现
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。
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