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线程池的实现
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("%dn", ++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
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