线程池

线程池是一种用于管理和复用线程的技术，主要目的是提高系统性能和资源利用率。

它通过预先创建一定数量的线程，并将它们保存在线程池中，当需要执行任务时，从线程池中获取一个空闲的线程来执行任务，而不是每次都创建新的线程¹²。

线程池的工作原理

1. 线程池初始化：在应用程序启动时，线程池会创建一定数量的线程，这些线程会处于等待状态，准备执行任务。

2. 任务提交：当有新的任务需要执行时，任务会被提交到线程池中。线程池会将任务放入一个任务队列中。

3. 任务分配：线程池中的线程会从任务队列中取出任务并执行。如果所有线程都在忙碌，任务会在队列中等待。

4. 任务执行：线程执行完任务后，会返回线程池中，等待下一个任务。

5. 线程回收：如果线程池中的线程长时间没有任务执行，线程池可能会回收这些空闲线程，以节省资源²³。

线程池的优点

• 降低资源消耗：通过复用已创建的线程，减少了频繁创建和销毁线程的开销。
• 提高响应速度：任务到达时，可以不需要等待线程的创建，立即执行。
• 提高线程的可管理性：线程池能够统一地分配、调优和监控线程¹²。
  线程池的构造函数和析构函数在管理线程和资源方面扮演着重要角色。以下是它们各自的主要任务和实现示例。

线程池的构造函数

任务

1. 初始化成员变量：设置线程池的初始状态，例如工作线程数量、任务队列等。
2. 创建工作线程：根据指定的线程数量，创建并启动工作线程。这些线程通常会等待任务并在有任务时执行。

示例实现

ThreadPool(int n) : threads(n), is_shut_down{ false } {
    for (auto& t : threads)
        t = std::thread{ worker(this) };  // 创建工作线程并启动
}

• threads(n)：初始化一个包含 n 个线程的 std::vector。
• is_shut_down：将线程池状态设置为 false，表示线程池处于运行状态。
• std::thread{ worker(this) }：为每个工作线程创建一个 worker 对象并启动它，这样每个线程都会开始执行任务。

线程池的析构函数

任务

1. 等待所有任务完成：通常在析构函数中，会通过提交一个空的任务来确保所有线程完成当前正在执行的任务。这通常涉及调用 submit 方法并等待其完成。
2. 设置关闭标志：修改线程池的状态以指示其即将关闭，防止新任务的提交。
3. 通知所有工作线程：使用条件变量的 notify_all 方法唤醒所有等待的工作线程，以便它们可以检查关闭状态。
4. 等待线程结束：在析构函数结束前，确保所有工作线程都已正确关闭。

示例实现

~ThreadPool() {
    auto f = submit([]() {}); // 提交一个空的任务以确保当前任务完成
    f.get();                   // 等待直到该任务完成
    is_shut_down = true;      // 设置关闭标志
    cv.notify_all();          // 通知所有工作线程
    for (auto& t : threads) { // 等待所有线程结束
        if (t.joinable()) t.join();
    }
}

• auto f = submit([]() {})：提交一个空的任务，以确保所有正在运行的任务都已完成。
• f.get()：等待直到这个空任务完成。这确保了所有任务都已完成，线程池可以安全关闭。
• is_shut_down = true;：设置状态为关闭，以指示不再接收新任务。
• cv.notify_all();：通知所有工作线程，以便它们可以检查并响应关闭信号。
• t.join();：等待每个工作线程完成。

总结

构造函数和析构函数在线程池的生命周期中起到至关重要的作用。
构造函数负责初始化并启动线程，而析构函数则确保安全关闭，等待所有任务完成并清理资源。这样可以有效管理线程和任务，防止资源泄漏或未完成的任务。