C++线程池理解

线程池基本信息

线程池是一种结合池化思想衍生出来的一种线程管理及使用的方案

其主要针对服务器端多线程场景下，服务器频繁接收请求，每个请求都分配一个单独的线程去处理。

使用线程的开销：

1. 创建和销毁线程
2. 调度线程

线程池主要解决的核心问题是资源管理的问题。在并发环境下，系统不能确定在任意时刻中，有多少任务需要处理，有多少资源需要投入，这种不确定性带来以下问题：

• 频繁申请/销毁/调度资源，将带来执行业务之外的开销，线程数量过多时，这部分消耗非常巨大
• 对资源申请缺少抑制手段，容易引发资源耗尽的风险
• 系统无法合理的管理内部资源的分布，会降低系统的稳定性

线程池的几个概念

• 线程池管理器
  用于初始化一定数量的线程资源，提供启动线程，停止线程、调配任务的方法。
• 工作线程
  线程池中等待并执行分配任务的线程
• 任务接口
  添加任务的接口，便于工作线程调度任务的执行
• 任务队列
  用于存放等待处理的任务（区分任务的优先级）

线程池工作的四种场景

• 线程池空闲
  主程序中没有任务需要执行，任务队列为空闲状态
  

• 线程池未饱和工作
  主程序添加小于线程池中线程数量的任务
  

• 线程池饱和，启用任务缓冲
  主程序添加的任务数量大于当前线程池中线程数量
  

• ** 任务缓冲队列饱和**
  主程序添加的任务数量大于当前线程池的中线程数量，且任务缓冲队列已满
  

线程池的实现

• 头文件

#pragma once
#include <vector>
#include <functional>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>namespace MyThreadPool
{static const int kiInitThreadSize = 3;enum TaskPriority{Level0,Level1,Level2};typedef std::function<void()> Task;typedef std::pair<TaskPriority, Task> TaskPair;typedef std::vector<std::thread*> Threads;class ThreadPool{public:ThreadPool();virtual ~ThreadPool();void Start();void Stop();void AddTask(const Task& task);void AddTask(const TaskPair& taskPair);private:ThreadPool(const ThreadPool&);  // 拷贝构造定义为私有，禁止该类对象进行复制拷贝const ThreadPool& operator=(const ThreadPool&);struct TaskPriorityCmp{bool operator()(const TaskPair& p1, const TaskPair& p2){return p1.first > p2.first;}};void ThreadLoop();Task Take();typedef std::priority_queue<TaskPair, std::vector<TaskPair>, TaskPriorityCmp> Tasks;  // 优先队列Threads m_threads;Tasks m_tasks;std::mutex m_mutex;std::condition_variable m_cond;bool m_bIsStarted;};
}

• 源文件

#include "my_thread_pool.h"#pragma once
#include <vector>
#include <functional>
#include <thread>
#include <queue>
#include <iostream>
#include <condition_variable>namespace MyThreadPool
{ThreadPool::ThreadPool() : m_mutex(), m_bIsStarted(false){}ThreadPool::~ThreadPool(){if (m_bIsStarted){Stop();}}void ThreadPool::Start(){if (!m_threads.empty()){return;}m_bIsStarted = true;m_threads.reserve(kiInitThreadSize);for (int i = 0; i < kiInitThreadSize; ++i){m_threads.push_back(new std::thread(std::bind(&ThreadPool::ThreadLoop, this)));}}void ThreadPool::Stop(){std::cout << "ThreadPool Stop()!" << std::endl;{std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);m_bIsStarted = false;m_cond.notify_all();}for (auto it = m_threads.begin(); it != m_threads.end(); ++it){(*it)->join();delete (*it);}m_threads.clear();}void ThreadPool::AddTask(const Task& task){std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);TaskPair taskPair(Level2, task);m_tasks.push(taskPair);m_cond.notify_one();}void ThreadPool::AddTask(const TaskPair& taskPair){std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);m_tasks.push(taskPair);m_cond.notify_one();}void ThreadPool::ThreadLoop(){std::cout << "ThreadPool::ThreadLoop() tid is " << std::this_thread::get_id() << " start!" << std::endl;while (m_bIsStarted){Task oneTask = Take();if (oneTask){oneTask();}}std::cout << "ThreadPool::ThreadLoop() tid is " << std::this_thread::get_id() << " exit!" << std::endl;}Task ThreadPool::Take(){ std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);while (m_tasks.empty() && m_bIsStarted){std::cout << "ThreadPool::Take tid : " << std::this_thread::get_id() << " wait" << std::endl;m_cond.wait(lock);}std::cout << "ThreadPool::Take tid : " << std::this_thread::get_id() << " wake up" << std::endl;Task taskTmp;Tasks::size_type size = m_tasks.size();if (!m_tasks.empty() && m_bIsStarted){taskTmp = m_tasks.top().second;m_tasks.pop();}return taskTmp;}}