线程池基本原理

在传统服务器结构中，常是有一个总的监听线程监听有没有新的用户连接服务器，每当有一个新的用户进入，服务器就开启一个新的线程用户处理这个用户的数据包。这个线程只服务于这个用户，当用户与服务器端关闭连接以后，服务器端销毁这个线程。

然而频繁地开辟与销毁线程极大地占用了系统的资源，而且在大量用户的情况下，系统为了开辟和销毁线程将浪费大量的时间和资源。线程池提供了一个解决外部大量用户与服务器有限资源的矛盾。

线程池和传统的一个用户对应一个线程的处理方法不同，它的基本思想就是在程序开始时就在内存中开辟一些线程，线程的数目是固定的，他们独自形成一个类，屏蔽了对外的操作，而服务器只需要将数据包交给线程池就可以了。当有新的客户请求到达时，不是新创建一个线程为其服务，而是从“池子”中选择一个空闲的线程为新的客户请求服务，服务完毕后，线程进入空闲线程池中。如果没有线程空闲的话，就将数据包暂时积累，等待线程池内有线程空闲以后再进行处理。通过对多个任务重用已经存在的线程对象，降低了对线程对象创建和销毁的开销。当客户请求时，线程对象已经存在，可以提高请求的响应时间，从而整体地提高了系统服务的表现。

线程池应用实例

一般来说实现一个线程池主要包括以下几个组成部分：

1）线程管理器：用于创建并管理线程池。

2）工作线程：线程池中实际执行任务的线程。在初始化线程时会预先创建好固定数目的线程在池中，这些初始化的线程一般处于空闲状态，一般不占用 CPU，占用较小的内存空间。

3）任务接口：每个任务必须实现的接口，当线程池的任务队列中有可执行任务时，被空闲的工作线程调去执行（线程的闲与忙是通过互斥量实现的），把任务抽象出来形成接口，可以做到线程池与具体的任务无关。

4）任务队列：用来存放没有处理的任务，提供一种缓冲机制，实现这种结构有好几种方法，常用的是队列，主要运用先进先出原理，另外一种是链表之类的数据结构，可以动态的为它分配内存空间，应用中比较灵活，此教程就是用到的链表。

什么时候需要创建线程池呢？简单的说，如果一个应用需要频繁的创建和销毁线程，而任务执行的时间又非常短，这样线程创建和销毁的带来的开销就不容忽视，这时也是线程池该出场的机会了。如果线程创建和销毁时间相比任务执行时间可以忽略不计，则没有必要使用线程池了。

线程池实现示例代码如下：

thread_pool.hpp 的示例代码：

#include <iostream>
#include <queue>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;struct Task//任务
{
private:int _val;
public:Task(){}Task(int val):_val(val){}void work()//获得任务后在这里进行判断{for(int j=2;j < _val;j++){if(_val%j==0){cout<<"thread:"<<pthread_self()<<"   "<<_val<<"不是素数"<<endl;return;}}cout<<"thread:"<<pthread_self()<<"   "<<_val<<"是素数"<<endl;return;}
};class ThreadPool//线程池
{
private:bool _thread_quit_flag;//线程退出标志，如果主线程发送了信号，就将其置为trueint _thread_num;//线程池线程数量queue<Task*> q;//任务队列,存放指针pthread_mutex_t lock;//保护任务队列的锁pthread_cond_t cond;//条件变量，当没有任务时线程池的线程挂起，当有任务时唤醒线程池线程public:void ThreadLock(){//锁pthread_mutex_lock(&lock);}void ThreadUnlock(){//解锁pthread_mutex_unlock(&lock);}bool IsEmpty(){//判断任务队列为空return q.size()==0;}void Threadwait(){//没有任务线程池的线程挂起pthread_cond_wait(&cond,&lock);}void Threadwakeup(){//当主线程添加了任务就唤醒线程池线程pthread_cond_signal(&cond);}void ThreadWakeAll(){//最后发送退出信号时，将所有线程唤醒，然后让其退出pthread_cond_broadcast(&cond);//唤醒所有线程}void ThreadQuit(){//线程退出函数pthread_exit(nullptr);}public:ThreadPool(int thread_num=5):_thread_quit_flag(false),_thread_num(thread_num)//flag默认设置为flase，不退出{pthread_mutex_init(&lock,nullptr);pthread_cond_init(&cond,nullptr);}~ThreadPool(){pthread_mutex_destroy(&lock);pthread_cond_destroy(&cond);}static void* Route(void* arg)//所有的线程都要执行这样的流程：先判断是否有任务，有就执行，没有就挂起{pthread_detach(pthread_self());//线程 ThreadPool* this_p=(ThreadPool*)arg;//某个线程的this指针while(1){this_p->ThreadLock();//锁定任务队列while(this_p->_thread_quit_flag==false && this_p->IsEmpty())//如果没有发出退出信号并且队列为空，那么就让线程挂起{this_p->Threadwait();//当线程苏醒时（可能接收到了广播信号或者位于线程队列它被下一个唤醒了），就会从挂起的地方醒来，继续向下执行}if((this_p->_thread_quit_flag==false && !this_p->IsEmpty()) || (this_p->_thread_quit_flag==true && !this_p->IsEmpty()))//醒来的原因不管是否是因为接收到了退出信号，反正只要有任务就得先执行完{Task t;this_p->Get(t);this_p->ThreadUnlock();//注意不要在临界资源内做任务，效率很低t.work();//获得任务后进行计算}//如果接受到信号且队列已经Wie空了，那么就退出线程else if(this_p->_thread_quit_flag==true && this_p->IsEmpty())//如果醒来的原因是因为接受到了退出信号，而且任务队列中已经没有任务了，那么就退出线程{this_p->ThreadUnlock();this_p->ThreadQuit();//退出时不要忘记解锁，否则将来只有一个线程能推出，其余线程无法退出}}
}void ThreadPoolInit()//风险操作不要在构造函数中写，该函数用于创建线程池线程，并让线程执行Route流程{pthread_t t;for(int i=0;i < _thread_num;i++){pthread_create(&t,nullptr,Route,this);//这里最后一个参数传入了this指针，相应的Route函数也是静态成员函数//如果不传入this指针，那么当这个参数就会和非静态成员函数抢this指针的位置，因此会造成参数过多的问题//所以在这里传入this，然后在形参中使用this调用自己的成员函数即可}}void ThreadPoolQuit()//线程池退出{_thread_quit_flag=true;//将结束标志置为trueThreadWakeAll();//唤醒所有线程}void Get(Task& t)//线程获取任务{Task* out=q.front();//注意是指针q.pop();t=*out;//这是解引用}void Put(Task& t)//主线程放任务{ThreadLock();q.push(&t);//注意这是取地址ThreadUnlock();Threadwakeup();//当放了一个任务后立马唤醒线程，这里一般情况下不要唤醒所有线程，会产生掠群效应，影响稳定性}
};

下面是测试代码：

test.c 的示例代码：

#include "thread_pool.hpp"
#include <unistd.h>
int main()
{ThreadPool* tp = new ThreadPool();tp->ThreadPoolInit();int x = 3;while(1){Task t(x);tp->Put(t);x++;if(x==10)//当10时退出线程池{tp->ThreadPoolQuit();//break;}sleep(1);}return 0;
}

makefile

src = $(wildcard *.c)
targets = $(patsubst %.c, %, $(src))CC = g++
CFLAGS = -Wall -g -lpthreadall:$(targets)$(targets):%:%.c$(CC) $< -o $@ $(CFLAGS).PHONY:clean all
clean:-rm -rf $(targets) test ps.out temp

运行结果如下：

先解锁后执行，让生产者继续生产，提高效率。

参考：

1. https://blog.csdn.net/qq_39183034/article/details/116310114

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http://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/46490099# 线程池基本原理在传统服务器结构中,常是有一个总的监听线程监听有没有新的用户连接服 ...
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