模型

源码分析

1）接口

class ThreadPool : noncopyable
{public:typedef std::function<void ()> Task;explicit ThreadPool(const string& nameArg = string("ThreadPool"));~ThreadPool();void setMaxQueueSize(int maxSize) { maxQueueSize_ = maxSize; }  // 设置队列大小void setThreadInitCallback(const Task& cb)                      // 设置回调{ threadInitCallback_ = cb; }void start(int numThreads);   // numThreads为要创建的子线程数目,开启线程void stop();                  // 关闭线程const string& name() const{ return name_; }size_t queueSize() const;void run(Task f);             // 任务执行函数
};

2）成员变量

private:bool isFull() const REQUIRES(mutex_);    void runInThread();Task take();mutable MutexLock mutex_;   //互斥锁Condition notEmpty_ GUARDED_BY(mutex_);  // 条件变量: 非空判断Condition notFull_ GUARDED_BY(mutex_);   // 条件变量: 非满判断string name_;Task threadInitCallback_;                // 回调函数std::vector<std::unique_ptr<muduo::Thread>> threads_;  // 线程组 使用智能指针维护单个线程对象std::deque<Task> queue_ GUARDED_BY(mutex_);  //双向队列 维护要执行的任务size_t maxQueueSize_;bool running_;  //是否运行标志

3）线程启停

void ThreadPool::start(int numThreads)
{assert(threads_.empty());running_ = true;threads_.reserve(numThreads);for (int i = 0; i < numThreads; ++i){char id[32];snprintf(id, sizeof id, "%d", i+1);threads_.emplace_back(new muduo::Thread(std::bind(&ThreadPool::runInThread, this), name_+id)); //这里使用emplace_back(c++11)是为了提高插入性能，对比push_backthreads_[i]->start();   // 开启numThreads个线程加入线程池,等待有任务时进行调度}if (numThreads == 0 && threadInitCallback_){threadInitCallback_();}
}void ThreadPool::stop()
{{MutexLockGuard lock(mutex_);  // 线程停止时加锁running_ = false;notEmpty_.notifyAll();notFull_.notifyAll();}for (auto& thr : threads_){thr->join();}
}

说明：线程开始时不需要加锁，是因为此时只是创建空线程，并没有具体的任务来进行调度，故为单线程，不存在数据被多线程改变的情况。stop的时候有共享数据的修改，故需要加锁。

4）存任务

//注意: 存任务时一般需要进行队列非满判断; 取任务时一般需要进行队列非空判断
void ThreadPool::run(Task task)
{if (threads_.empty()){task();}else{MutexLockGuard lock(mutex_);while (isFull() && running_)  {notFull_.wait();  }if (!running_) return;assert(!isFull());queue_.push_back(std::move(task));notEmpty_.notify();  //非满通知 注意这里时notify(),而不是notifyAll()}
}

5）取任务

ThreadPool::Task ThreadPool::take()
{MutexLockGuard lock(mutex_);// always use a while-loop, due to spurious wakeupwhile (queue_.empty() && running_){notEmpty_.wait();}Task task;if (!queue_.empty()){task = queue_.front();queue_.pop_front();if (maxQueueSize_ > 0){notFull_.notify();}}return task;
}

这里主要关注一个虚假唤醒的问题:

while (queue_.empty() && running_)
{notEmpty_.wait();
}

关于虚假唤醒，可以查看：muduo网络库——条件变量(condition variable)_却道天凉_好个秋的博客-CSDN博客

多个线程在同时等待queue不为空的条件发生。当有信号signalA通知queue不为空时，操作系统同时唤醒所有线程，如线程A竞争成功，执行下面的pop操作，使得queue再次为空。但其他线程此时也被唤醒，又由于线程A的操作导致queue再次为空，其他线程无法执行对应的操作，即被虚假唤醒。

6）子线程运行函数

void ThreadPool::runInThread()
{try{if (threadInitCallback_){threadInitCallback_();}while (running_)        // 每一个线程都是一个loop 只有在stop的时候才会停止{Task task(take());    // 从队列中取任务 if (task)          {task();             // 如果取到任务，则执行任务内容}}}...
}

测试

#include "muduo/base/ThreadPool.h"
#include "muduo/base/CountDownLatch.h"
#include "muduo/base/CurrentThread.h"
#include "muduo/base/Logging.h"#include <stdio.h>
#include <unistd.h>// 作为入队任务，有任务执行时打印当前线程id
void print()
{printf("tid=%d\n", muduo::CurrentThread::tid());
}void test(int maxSize)
{LOG_WARN << "Test ThreadPool with max queue size = " << maxSize;muduo::ThreadPool pool("MainThreadPool");   // 创建线程池pool.setMaxQueueSize(maxSize);              // 设置队列最大值pool.start(5);                              // 开启5个子线程来进行调度LOG_WARN << "Adding";pool.run(print);  // 入队pool.run(print);  // 入队for (int i = 0; i < 100; ++i){char buf[32];snprintf(buf, sizeof buf, "task %d", i);pool.run(std::bind(printString, std::string(buf)));}LOG_WARN << "Done";muduo::CountDownLatch latch(1);pool.run(std::bind(&muduo::CountDownLatch::countDown, &latch));latch.wait();pool.stop();
}int main()
{test(0);test(1);test(5);test(10);test(50);
}

总结

线程池为避免频繁创建、销毁线程，提供一组子线程，能从工作队列取任务、执行任务，而用户可以向工作队列加入任务，从而完成用户任务。

主要步骤如下：

1）创建一组线程，每个线程为一个loop循环；

2）有任务需要执行时，入队列；

3）当有线程池中有线程空闲时，从队列中取出任务执行回调；

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