linux通过c++实现线程池类

前言

初学C++,想封装点常用的C++类,已经写好了mutex,cond,thread的类,想用起来写点东西,于是就决定写线程池了,这里拙笔记录下学习笔记.

本文主要内容包括: 线程池的概念 、 使用原因 、 适用场景 、 线程池的实现 、 任务调度逻辑、 样例测试 .

线程池的概念

线程池是指在一个多线程程序中创建一个线程集合,在执行新的任务的时候不是新建一个线程,而是使用线程池中已创建好的线程,一旦任务执行完毕,线程就会休眠等待新的任务分配下来,线程池中的线程数量取决于机器给进程所能分配的内存大小,以及应用程序的需求.

使用原因及适用场合

1.在服务器端编程中,最原始的方法我们使用顺序化的结构,一个服务器只能处理一个客户,如果同时2个客户端链接上来了,服务器只能先处理了先到达的那个个,这样第二个客户端只能等了,影响客户的响应时间.它只适用于客户量少的短连接.这时候有方案2.

2.在多线程服务器端编程中,一个服务器如果要处理多条链接的客户端,当链接很少的时候我们可以每来一条链接创建一个线程。但当并发量很大的时候呢,不停地的增加线程,在某个时间计算机资源可能耗尽.于是有了方案3

3.为了弥补方案2中每个请求创建线程的缺陷,我们使用固定大小线程池,全部IO交给IO复用线程解决(本文不涉及),而任务计算交给线程池.如果任务彼此独立,IO压力不大,那么这种方案非常适合.

当然服务器模型远不止这3种,还有很多方案,本文不涉.

线程池的实现原理

线程池类主要维系两个队列： 任务队列 , 线程队列

线程池通过take方法从线程队列提取任务,到一个线程中去执行; 有任务就提取执行,无任务则阻塞线程休眠.

任务队列 可以单独写个任务类出来，也可以写个任务类基类，预留虚任务函数接口,继承下来泛化.

当然最便利的方法就是直接用函数地址来做任务咯.

typedef void (*Task)(void);

线程队列线程队列通过我自己写的线程类实现.

#include 
class Thread{
public:
typedef void (*threadFun_t)(void *arg);
 explicit Thread(const threadFun_t &threadRoutine, void *arg);
 ~Thread();
 void start();
 void join();
 static void *threadGuide(void *arg);
 pthread_t getThreadId() const{
 return m_threadId;
 }
private:
 pthread_t m_threadId;
 bool m_isRuning;
 threadFun_t m_threadRoutine;
 void *m_threadArg;
};
Thread::Thread(const threadFun_t &threadRoutine, void *arg)
 :m_isRuning(false),
 m_threadId(0),
 m_threadRoutine(threadRoutine),
 m_threadArg(arg){
}
Thread::~Thread(){
 if(m_isRuning){//如果线程正在执行，则分离此线程.
 CHECK(!pthread_detach(m_threadId));
 }
}
void *Thread::threadGuide(void *arg){
 Thread *p = static_cast(arg);
 p->m_threadRoutine(p->m_threadArg);
 return NULL;
}
void Thread::join(){
 VERIFY(m_isRuning);
 CHECK(!pthread_join(m_threadId, NULL));
 m_isRuning = false;
}
void Thread::start(){
 pthread_attr_t attr;
 CHECK(!pthread_attr_init(&attr));
 //CHECK(!pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED)); //set thread separation state property
 CHECK(!pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED)); //Set thread inheritance
 CHECK(!pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_OTHER)); //set thread scheduling policy
 CHECK(!pthread_attr_setscope(&attr, PTHREAD_SCOPE_SYSTEM)); //Set thread scope
 CHECK(!pthread_create(&m_threadId, &attr, threadGuide, this));
 m_isRuning = true;
}{
 MutexLockGuard lock(m_mutex);
 m_isRuning = false;
 }
}

构造传入带一个空类型参数指针( 为什么要带这个空类型指针后面会提 )函数指针，通过start()方法创建线程,然后执行threadGuide()方法调用构造时候传入的函数指针执行咱们想运行的函数实现Thread类.

这两个队列在线程池中的定义如下:

private:
 std::vector m_threads;
 std::deque m_tasks;

任务调度逻辑

任务分配逻辑主要靠两个条件变量实现,(条件变量本文不做详述)

1.任务队列是否空.

2.任务队列是否满.

其逻辑如下图所示:

start()方法是线程池的运行方法.通过它创建线程池.

threadRoutine()就是我们就是线程池中创建的线程,

线程跑起来后,通过 isRunning 控制线程循环是否退出.

stop()方法关闭线程池,回收资源.

循环中判断 : 有任务则执行,无任务则wait 阻塞等待.

void ThreadPool::start(){
 m_isRuning = true;
 m_threads.reserve(m_threadsSize);
 for(size_t i = 0; i < m_threadsSize; i++){
 m_threads.push_back(new Thread(threadRoutine, this));
 m_threads[i]->start();
 }
}

Thread(threadRoutine, this) 这里就是为什么我线程类要带一个无符号类型指针参数的原因,因为静态函数无法调用c++的类成员函数(主要原因是类在编译期间未实例化没有明确的地址.)我们只能通过线程池对象的this指针调用它的成员.

任务调度的源码实现:

ThreadPool::ThreadPool(size_t tasksSize, size_t threadsSize)
 :m_tasksSzie(tasksSize),
 m_threadsSize(threadsSize),
 m_mutex(),
 m_tasksEmpty(m_mutex),
 m_tasksFull(m_mutex),
 m_isRuning(false){
}
ThreadPool::~ThreadPool(){
 if(m_isRuning){
 stop();
 }
}
void ThreadPool::threadRoutine(void *arg){
 ThreadPool *p = static_cast(arg);
 while(p->m_isRuning){
 ThreadPool::Task task(p->take());
 if(task){
 task();
 }
 }
}
ThreadPool::Task ThreadPool::take(){
 MutexLockGuard lock(m_mutex);
 while(m_tasks.empty() && m_isRuning){
 m_tasksEmpty.wait();
 }
 if(!m_tasks.empty()){
 Task task = m_tasks.front();
 m_tasks.pop_front();
 m_tasksFull.notify();
 return task;
 }
 return NULL;
}
void ThreadPool::addTask(Task task){
 if(m_threads.empty()){//如果线程池是空的,直接跑任务.
 task();
 }
 else{
 MutexLockGuard lock(m_mutex);
 while(m_tasksSzie > 0 && m_tasks.size() >= m_tasksSzie){
 m_tasksFull.wait();
 }
 m_tasks.push_back(task);
 m_tasksEmpty.notify();
 }
}
void ThreadPool::start(){
 m_isRuning = true;
 m_threads.reserve(m_threadsSize);
 for(size_t i = 0; i < m_threadsSize; i++){
 m_threads.push_back(new Thread(threadRoutine, this));
 m_threads[i]->start();
 }
}
void ThreadPool::stop(){
 {
 MutexLockGuard lock(m_mutex);
 m_isRuning = false;
 m_tasksEmpty.notifyAll();
 }
 for(int i = m_threadsSize - 1; i >= 0; i--){
 m_threads[i]->join();
 delete(m_threads[i]);
 m_threads.pop_back();
 }
}

程序测试

测试代码:

创建一个有两个线程,拥有5个任务的任务队列,执行8个加数任务.

#include 
#include 
#include 
#include "MutexLock.hh"
#include "Thread.hh"
#include 
#include "Condition.hh"
#include "ThreadPool.hh"
#include 
//threadPool test
MutexLock CntLock;
int cnt = 0;
void test(void){
 unsigned long i = 0xfffffff;
 //MutexLockGuard loo(CntLock);
 //CntLock.lock();
 while(i--);
 printf("%d\\n", ++cnt);
 //CntLock.unlock();
 sleep(1);
}
int main()
{
//ThreadPool Test
 ThreadPool tp(5, 2);
 tp.start();
 sleep(3);
 for(int i = 0; i < 8; i++)
 tp.addTask(test);
 
 getchar();
 return 0;
}

简单test结果:

thread 140068496353024 run task
thread 140068504745728 run task
1
2
thread 140068504745728 run task
thread 140068496353024 run task
3
4
thread 140068496353024 run task
thread 140068504745728 run task
5
6
thread 140068496353024 run task
thread 140068504745728 run task
7
8