linux通过c++实现线程池类

线程池的实现

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• 线程池的实现

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线程池已基于C++11重写 ： 基于C++11实现线程池的工作原理

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 <pthread.h>

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<Thread *>(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<Thread *> m_threads;
	std::deque<Task> 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<ThreadPool *>(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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include "MutexLock.hh"
#include "Thread.hh"
#include <unistd.h>
#include "Condition.hh"
#include "ThreadPool.hh"
#include <vector>

//threadPool test

MutexLock CntLock;

int cnt = 0;

void test(void){
	unsigned long i = 0xfffffff;
	//MutexLockGuard loo(CntLock);
	//CntLock.lock();
	while(i--);
	printf("%d
", ++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