c++简单线程池实现

线程池，简单来说就是有一堆已经创建好的线程（最大数目一定），初始时他们都处于空闲状态，当有新的任务进来，从线程池中取出一个空闲的线程处理任务，然后当任务处理完成之后，该线程被重新放回到线程池中，供其他的任务使用，当线程池中的线程都在处理任务时，就没有空闲线程供使用，此时，若有新的任务产生，只能等待线程池中有线程结束任务空闲才能执行，下面是线程池的工作原理图：

我们为什么要使用线程池呢？

简单来说就是线程本身存在开销，我们利用多线程来进行任务处理，单线程也不能滥用，无止禁的开新线程会给系统产生大量消耗，而线程本来就是可重用的资源，不需要每次使用时都进行初始化，因此可以采用有限的线程个数处理无限的任务。

废话少说，直接上代码

首先是用条件变量和互斥量封装的一个状态，用于保护线程池的状态

condition.h

#ifndef _CONDITION_H_
#define _CONDITION_H_#include <pthread.h>//封装一个互斥量和条件变量作为状态
typedef struct condition
{pthread_mutex_t pmutex;pthread_cond_t pcond;
}condition_t;//对状态的操作函数
int condition_init(condition_t *cond);
int condition_lock(condition_t *cond);
int condition_unlock(condition_t *cond);
int condition_wait(condition_t *cond);
int condition_timedwait(condition_t *cond, const struct timespec *abstime);
int condition_signal(condition_t* cond);
int condition_broadcast(condition_t *cond);
int condition_destroy(condition_t *cond);#endif

condition.c

#include "condition.h"//初始化
int condition_init(condition_t *cond)
{int status;if((status = pthread_mutex_init(&cond->pmutex, NULL)))return status;if((status = pthread_cond_init(&cond->pcond, NULL)))return status;return 0;
}//加锁
int condition_lock(condition_t *cond)
{return pthread_mutex_lock(&cond->pmutex);
}//解锁
int condition_unlock(condition_t *cond)
{return pthread_mutex_unlock(&cond->pmutex);
}//等待
int condition_wait(condition_t *cond)
{return pthread_cond_wait(&cond->pcond, &cond->pmutex);
}//固定时间等待
int condition_timedwait(condition_t *cond, const struct timespec *abstime)
{return pthread_cond_timedwait(&cond->pcond, &cond->pmutex, abstime);
}//唤醒一个睡眠线程
int condition_signal(condition_t* cond)
{return pthread_cond_signal(&cond->pcond);
}//唤醒所有睡眠线程
int condition_broadcast(condition_t *cond)
{return pthread_cond_broadcast(&cond->pcond);
}//释放
int condition_destroy(condition_t *cond)
{int status;if((status = pthread_mutex_destroy(&cond->pmutex)))return status;if((status = pthread_cond_destroy(&cond->pcond)))return status;return 0;
}

然后是线程池对应的threadpool.h和threadpool.c

#ifndef _THREAD_POOL_H_
#define _THREAD_POOL_H_//线程池头文件

#include "condition.h"//封装线程池中的对象需要执行的任务对象
typedef struct task
{void *(*run)(void *args);  //函数指针，需要执行的任务void *arg;              //参数struct task *next;      //任务队列中下一个任务
}task_t;//下面是线程池结构体
typedef struct threadpool
{condition_t ready;    //状态量task_t *first;       //任务队列中第一个任务task_t *last;        //任务队列中最后一个任务int counter;         //线程池中已有线程数int idle;            //线程池中kongxi线程数int max_threads;     //线程池最大线程数int quit;            //是否退出标志
}threadpool_t;//线程池初始化
void threadpool_init(threadpool_t *pool, int threads);//往线程池中加入任务
void threadpool_add_task(threadpool_t *pool, void *(*run)(void *arg), void *arg);//摧毁线程池
void threadpool_destroy(threadpool_t *pool);#endif

#include "threadpool.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <time.h>//创建的线程执行
void *thread_routine(void *arg)
{struct timespec abstime;int timeout;printf("thread %d is starting\n", (int)pthread_self());threadpool_t *pool = (threadpool_t *)arg;while(1){timeout = 0;//访问线程池之前需要加锁condition_lock(&pool->ready);//空闲pool->idle++;//等待队列有任务到来 或者 收到线程池销毁通知while(pool->first == NULL && !pool->quit){//否则线程阻塞等待printf("thread %d is waiting\n", (int)pthread_self());//获取从当前时间，并加上等待时间， 设置进程的超时睡眠时间clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &abstime);  abstime.tv_sec += 2;int status;status = condition_timedwait(&pool->ready, &abstime);  //该函数会解锁，允许其他线程访问，当被唤醒时，加锁if(status == ETIMEDOUT){printf("thread %d wait timed out\n", (int)pthread_self());timeout = 1;break;}}pool->idle--;if(pool->first != NULL){//取出等待队列最前的任务，移除任务，并执行任务task_t *t = pool->first;pool->first = t->next;//由于任务执行需要消耗时间，先解锁让其他线程访问线程池condition_unlock(&pool->ready);//执行任务t->run(t->arg);//执行完任务释放内存free(t);//重新加锁condition_lock(&pool->ready);}//退出线程池if(pool->quit && pool->first == NULL){pool->counter--;//当前工作的线程数-1//若线程池中没有线程，通知等待线程（主线程）全部任务已经完成if(pool->counter == 0){condition_signal(&pool->ready);}condition_unlock(&pool->ready);break;}//超时，跳出销毁线程if(timeout == 1){pool->counter--;//当前工作的线程数-1condition_unlock(&pool->ready);break;}condition_unlock(&pool->ready);}printf("thread %d is exiting\n", (int)pthread_self());return NULL;}//线程池初始化
void threadpool_init(threadpool_t *pool, int threads)
{condition_init(&pool->ready);pool->first = NULL;pool->last =NULL;pool->counter =0;pool->idle =0;pool->max_threads = threads;pool->quit =0;}//增加一个任务到线程池
void threadpool_add_task(threadpool_t *pool, void *(*run)(void *arg), void *arg)
{//产生一个新的任务task_t *newtask = (task_t *)malloc(sizeof(task_t));newtask->run = run;newtask->arg = arg;newtask->next=NULL;//新加的任务放在队列尾端//线程池的状态被多个线程共享，操作前需要加锁condition_lock(&pool->ready);if(pool->first == NULL)//第一个任务加入
    {pool->first = newtask;}        else    {pool->last->next = newtask;}pool->last = newtask;  //队列尾指向新加入的线程//线程池中有线程空闲，唤醒if(pool->idle > 0){condition_signal(&pool->ready);}//当前线程池中线程个数没有达到设定的最大值，创建一个新的线性else if(pool->counter < pool->max_threads){pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, thread_routine, pool);pool->counter++;}//结束，访问condition_unlock(&pool->ready);
}//线程池销毁
void threadpool_destroy(threadpool_t *pool)
{//如果已经调用销毁，直接返回if(pool->quit){return;}//加锁condition_lock(&pool->ready);//设置销毁标记为1pool->quit = 1;//线程池中线程个数大于0if(pool->counter > 0){//对于等待的线程，发送信号唤醒if(pool->idle > 0){condition_broadcast(&pool->ready);}//正在执行任务的线程，等待他们结束任务while(pool->counter){condition_wait(&pool->ready);}}condition_unlock(&pool->ready);condition_destroy(&pool->ready);
}

测试代码：

#include "threadpool.h"
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>void* mytask(void *arg)
{printf("thread %d is working on task %d\n", (int)pthread_self(), *(int*)arg);sleep(1);free(arg);return NULL;
}//测试代码
int main(void)
{threadpool_t pool;//初始化线程池，最多三个线程threadpool_init(&pool, 3);int i;//创建十个任务for(i=0; i < 10; i++){int *arg = malloc(sizeof(int));*arg = i;threadpool_add_task(&pool, mytask, arg);}threadpool_destroy(&pool);return 0;
}