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前言

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线程池:
一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。

• 线程池的应用场景：
• 1. 需要大量的线程来完成任务，且完成任务的时间比较短。 WEB服务器完成网页请求这样的任务，使用线程池技 术是非常合适的。因为单个任务小，而任务数量巨大，你可以想象一个热门网站的点击次数。 但对于长时间的任务，比如一个 Telnet连接请求，线程池的优点就不明显了。因为Telnet会话时间比线程的创建时间大多了。
• 2. 对性能要求苛刻的应用，比如要求服务器迅速响应客户请求。
• 3. 接受突发性的大量请求，但不至于使服务器因此产生大量线程的应用。突发性大量客户请求，在没有线程池情 况下，将产生大量线程，虽然理论上大部分操作系统线程数目最大值不是问题，短时间内产生大量线程可能使内存到达极限， 出现错误.

一、懒汉方式

1.普通模式

懒汉方式实现单例模式

template <typename T>
class Singleton {
static T* inst;
public:
static T* GetInstance() {
if (inst == NULL) {
inst = new T();
}
return inst;
}
};

1.线程安全模式

存在一个严重的问题, 线程不安全.
第一次调用 GetInstance 的时候, 如果两个线程同时调用, 可能会创建出两份 T 对象的实例.
但是后续再次调用, 就没有问题了.

// 懒汉模式, 线程安全
template <typename T>
class Singleton {
volatile static T* inst; // 需要设置 volatile 关键字, 否则可能被编译器优化.
static std::mutex lock;
public:
static T* GetInstance() {
if (inst == NULL) { // 双重判定空指针, 降低锁冲突的概率, 提高性能.
lock.lock(); // 使用互斥锁, 保证多线程情况下也只调用一次 new.
if (inst == NULL) {
inst = new T();
}
lock.unlock();
}
return inst;
}
};注意事项:
1. 加锁解锁的位置
2. 双重 if 判定, 避免不必要的锁竞争
3. volatile关键字防止过度优化

二、源代码

1.Task.hpp(要执行的任务)

可根据自己的需求修改要执行的任务，这里我们以进行两个数的加减乘除为例子

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
std::string opers = "+-*/%";//运算符号enum//返回值
{DivZero = 1,ModZero,Unknown
};class Task
{
public:Task(){}Task(int x, int y, char op) : data1_(x), data2_(y), oper_(op), result_(0), exitcode_(0){}void run(){switch (oper_){case '+':result_ = data1_ + data2_;break;case '-':result_ = data1_ - data2_;break;case '*':result_ = data1_ * data2_;break;case '/':{if (data2_ == 0)exitcode_ = DivZero;elseresult_ = data1_ / data2_;}break;case '%':{if (data2_ == 0)exitcode_ = ModZero;elseresult_ = data1_ % data2_;}break;default:exitcode_ = Unknown;break;}}void operator()()//直接使用仿函数，调用run方法{run();}std::string GetResult(){std::string r = std::to_string(data1_);r += oper_;r += std::to_string(data2_);r += "=";r += std::to_string(result_);r += "[code: ";r += std::to_string(exitcode_);r += "]";return r;}std::string GetTask(){std::string r = std::to_string(data1_);r += oper_;r += std::to_string(data2_);r += "=?";return r;}~Task(){}private:int data1_;int data2_;char oper_;int result_;int exitcode_;
};

2.ThreadPool.hpp(线程池)

#pragma once#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <queue>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>struct ThreadInfo//线程信息
{pthread_t tid;std::string name;
};static const int defalutnum = 5;//默认创建线程个数template <class T>
class ThreadPool
{
public:void Lock(){pthread_mutex_lock(&mutex_);}void Unlock(){pthread_mutex_unlock(&mutex_);}void Wakeup(){pthread_cond_signal(&cond_);}void ThreadSleep(){pthread_cond_wait(&cond_, &mutex_);}bool IsQueueEmpty(){return tasks_.empty();}std::string GetThreadName(pthread_t tid){for (const auto &ti : threads_){if (ti.tid == tid)return ti.name;}return "None";}public:static void *HandlerTask(void *args)//这里需要用静态函数，因为在类中默认隐藏一个this指针{//这里传args直接把ThreadPool这个类传入进来进行操作//这样既能访问类中的方法也能符合传入的参数个数为1个的规则ThreadPool<T> *tp = static_cast<ThreadPool<T> *>(args);std::string name = tp->GetThreadName(pthread_self());while (true){tp->Lock();while (tp->IsQueueEmpty())//循环判断，防止线程的伪唤醒{tp->ThreadSleep();}T t = tp->Pop();tp->Unlock();t();//直接调用任务的处理方法（仿函数）std::cout << name << " run, "<< "result: " << t.GetResult() << std::endl;}}void Start()//启动线程池{int num = threads_.size();for (int i = 0; i < num; i++){//创建线程并且给线程池命名threads_[i].name = "thread-" + std::to_string(i + 1);pthread_create(&(threads_[i].tid), nullptr, HandlerTask, this);}}T Pop(){T t = tasks_.front();tasks_.pop();return t;}void Push(const T &t){Lock();tasks_.push(t);Wakeup();//队列中有了数据//可能在之前任务为空的时候有线程进入了休眠//所以放入任务后，进行一次唤醒操作Unlock();}static ThreadPool<T> *GetInstance(){if (nullptr == tp_) // 双重判定空指针, 降低锁冲突的概率, 提高性能.{pthread_mutex_lock(&lock_);//这个lock_锁为静态成员if (nullptr == tp_){std::cout << "log: singleton create done first!" << std::endl;tp_ = new ThreadPool<T>();}pthread_mutex_unlock(&lock_);}return tp_;}private:
//因为为懒汉单例模式，只有一个ThreadPool类，所以为了避免
//冲突，把构造函数，拷贝构造函数都设置成私有禁用ThreadPool(int num = defalutnum) : threads_(num){pthread_mutex_init(&mutex_, nullptr);pthread_cond_init(&cond_, nullptr);}~ThreadPool(){pthread_mutex_destroy(&mutex_);pthread_cond_destroy(&cond_);}ThreadPool(const ThreadPool<T> &) = delete;const ThreadPool<T> &operator=(const ThreadPool<T> &) = delete; // a=b=c
private:std::vector<ThreadInfo> threads_;std::queue<T> tasks_;pthread_mutex_t mutex_;pthread_cond_t cond_;static ThreadPool<T> *tp_;//懒汉单例模式所创建的//唯一的ThreadPool类static pthread_mutex_t lock_;//静态方法只能访问类中的静态成员，所以还需要一个静态锁在//获取这个对象的时候使用(GetInstance)
};//静态成员在类外进行初始化
template <class T>
ThreadPool<T> *ThreadPool<T>::tp_ = nullptr;template <class T>
pthread_mutex_t ThreadPool<T>::lock_ = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

3.Main.cpp

#include <iostream>
#include <ctime>
#include "ThreadPool.hpp"
#include "Task.hpp"pthread_spinlock_t slock;int main()
{std::cout << "process runn..." << std::endl;sleep(3);//GetInstance()获取单例对象ThreadPool<Task>::GetInstance()->Start();srand(time(nullptr) ^ getpid());while(true){//1. 构建任务int x = rand() % 10 + 1;usleep(10);int y = rand() % 5;char op = opers[rand()%opers.size()];Task t(x, y, op);ThreadPool<Task>::GetInstance()->Push(t);//2. 交给线程池处理std::cout << "main thread make task: " << t.GetTask() << std::endl;sleep(1);}
}