C++实现一个线程池

一、为什么使用线程池

大家都知道C++支持多线程开发，也就是支持多个任务并行运行，我们也知道线程的生命周期中包括创建、就绪、运行、阻塞、销毁等阶段，所以如果要执行的任务很多，每个任务都需要一个线程的话，那么频繁的创建、销毁线程会比较耗性能。

有了线程池就不用创建更多的线程来完成任务，它可以：

①降低资源的消耗，通过重复利用已经创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

②提高相应速度，当任务到达的时候，任务可以不需要等到线程创建就能立刻执行。

③提高线程的可管理性，线程是稀缺资源，使用线程池可以统一的分配、调优和监控。

二、线程池的原理

通俗的讲，线程池就是一个线程集合，里面已经提前创建好了若干个线程，当需要线程的时候到线程集合里获取一个即可，这样省去了创建线程的时间，当然也省去了系统回收线程的时间，当线程池里的线程都被使用了后，只能阻塞等待了，等待获取线程池后被释放的线程。

当线程池提交一个任务到线程池后，执行流程如下：

线程池先判断核心线程池里面的线程是否都在执行任务。如果不是都在执行任务，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池中的线程都在执行任务，则判断工作队列是否已满。如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储到这个工作队列中，如果工作队列满了，线程池则判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理，也就是拒接策略。
一句话：管理一个任务队列，一个线程队列，然后每次去一个任务分配给一个线程去做，循环往复。

三、代码实现

有什么问题？线程池一般是要复用线程，所以如果是取一个task分配给某一个thread，执行完之后再重新分配，在语言层面这是基本不能实现的：C++的thread都是执行一个固定的task函数，执行完之后线程也就结束了。所以该如何实现task和thread的分配呢？

让每一个thread创建后，就去执行调度函数：循环获取task，然后执行。

这个循环该什么时候停止呢？

很简单，当线程池停止使用时，循环停止。

这样一来，就保证了thread函数的唯一性，而且复用线程执行task。

总结一下，我们的线程池的主要组成部分有二：

任务队列（Task Queue）
线程池（Thread Pool）

#ifndef THREAD_POOL_H
#define THREAD_POOL_H#include <vector>
#include <queue>
#include <memory>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <future>
#include <functional>
#include <stdexcept>class ThreadPool {public:ThreadPool(size_t);                          //构造函数template<class F, class... Args>             //类模板auto enqueue(F&& f, Args&&... args)->std::future<decltype(func(args...))>;//任务入队~ThreadPool();                              //析构函数private:std::vector< std::thread > workers;            //线程队列，每个元素为一个Thread对象std::queue< std::function<void()> > tasks;     //任务队列，每个元素为一个函数对象    std::mutex queue_mutex;                        //互斥量std::condition_variable condition;             //条件变量bool stop;                                     //停止
};// 构造函数，把线程插入线程队列，插入时调用embrace_back()，用匿名函数lambda初始化Thread对象
inline ThreadPool::ThreadPool(size_t threads) : stop(false){for(size_t i = 0; i<threads; ++i)workers.emplace_back([this]{for(;;){// task是一个函数类型，从任务队列接收任务std::function<void()> task;  {//给互斥量加锁，锁对象生命周期结束后自动解锁std::unique_lock<std::mutex> lock(this->queue_mutex);//（1）当匿名函数返回false时才阻塞线程，阻塞时自动释放锁。//（2）当匿名函数返回true且受到通知时解阻塞，然后加锁。this->condition.wait(lock,[this]{ return this->stop || !this->tasks.empty(); });if(this->stop && this->tasks.empty())return;//从任务队列取出一个任务task = std::move(this->tasks.front());this->tasks.pop();}                            // 自动解锁task();                      // 执行这个任务}});
}// 添加新的任务到任务队列
template<class F, class... Args>
auto ThreadPool::enqueue(F&& f, Args&&... args)->std::future<decltype(func(args...))>
{// 获取函数返回值类型        using return_type = decltype(func(args...));// 创建一个指向任务的智能指针auto task = std::make_shared< std::packaged_task<return_type()> >(std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...));std::future<return_type> res = task->get_future();{std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);  //加锁if(stop)throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");tasks.emplace([task](){ (*task)(); });          //把任务加入队列}                                                   //自动解锁condition.notify_one();                             //通知条件变量，唤醒一个线程return res;
}// 析构函数，删除所有线程
inline ThreadPool::~ThreadPool()
{{std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);stop = true;}condition.notify_all();for(std::thread &worker: workers)worker.join();
}#endif

使用

#include <iostream>
#include <chrono>
#include "ThreadPool.h"void func()
{std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));std::cout<<"worker thread ID:"<<std::this_thread::get_id()<<std::endl;
}int main()
{ThreadPool pool(4);while(1){pool.enqueue(func);}
}

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参考：

基于C++11实现线程池 - 知乎

C++实现线程池_蓬莱道人的博客-CSDN博客_c++ 线程池

C++实现线程池_晓枫寒叶的博客-CSDN博客_c++ 线程池
C++17future类+可变参模板实现线程池_刚入门的代码spa技师的博客-CSDN博客_c++17 可变参