线程池的实现与应用

一、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。

二、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.
4.线程池示例:
1. 创建固定数量线程池，循环从任务队列中获取任务对象，
2. 获取到任务对象后，执行任务对象中的任务接口.

三、代码

主线程发布任务，多线程获得任务，执行任务

(1)任务

Task.hpp#pragma once
#include <iostream>
#include <string>std::string opers="+-*/%";enum{DivZero=1,ModZero,Unknown
};class Task
{
public: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;else result_ = data1_ / data2_;}break;case '%':{if(data2_ == 0) exitcode_ = ModZero;else result_ = data1_ % data2_;}            break;default:exitcode_ = Unknown;break;}}void operator ()(){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）线程池

#pragma once
#include <iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<pthread.h>
#include<queue>
struct ThreadInfo
{pthread_t tid;std::string name;
};
static const int deafultnum=5; //默认多少个线程
template <class T>
class ThreadPool
{
public:void Lock(){pthread_mutex_lock(&mutex_);}void Unlock(){pthread_mutex_unlock(&mutex_);}void Wakeup()//线程唤醒{pthread_cond_signal(&cond_);}void ThreadSleep() //线程休眠{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:ThreadPool(int num=deafultnum):threads_(num){pthread_mutex_init(&mutex_,nullptr);pthread_cond_init(&cond_,nullptr);}static void *HandleTask(void *args) //所有线程启动后，就会去检测有没有任务，有任务就执行，没任务就休眠{ThreadPool<T> *tp=static_cast<ThreadPool<T>*>(args);std::string name=tp->GetThreadName(pthread_self());while (true){tp->Lock();while(tp->IsQueueEmpty()){tp->ThreadSleep();}T t=tp->pop();tp->Unlock();//当你拿到这个任务，这个任务就是属于你，你不需要在加锁，解锁之间。t();std::cout<<name<<"run,"<<"result:"<<t.GetResult()<<std::endl;}}void start(){int num=threads_.size();for(int i=0;i<num;i++){threads_[i].name="thread-"+std::to_string(i+1);pthread_create(&(threads_[i].tid),nullptr,HandleTask,this);}}T pop(){T t=tasks_.front();tasks_.pop();return t;}void push(const T &t)//往线程池中放任务之后线程才能执行任务{Lock();tasks_.push(t); //有任务，线程别睡了Wakeup();Unlock();}~ThreadPool(){pthread_mutex_destroy(&mutex_);pthread_cond_destroy(&cond_);}
private:std::vector<ThreadInfo> threads_; //这是个vector容器，表示有多少个线程std::queue<T> tasks_;pthread_mutex_t mutex_;pthread_cond_t cond_;
};

 （3）主函数

#include <iostream>
#include "ThreadPool.hpp"
#include "Task.hpp"
#include  <unistd.h>
int main()
{ThreadPool<Task> *tp=new ThreadPool<Task>(5);tp->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);tp->push(t);//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);}
}

（4）执行结果