【Linux 23】线程池

文章目录

🌈 一、线程池的概念
🌈 二、线程池的应用场景
🌈 三、线程池的实现

🌈 一、线程池的概念

线程池 (thread pool) 是一种利用池化技术的线程使用模式。
虽然创建线程的代价比创建进程的要小很多，但小并不意味着没有。如果每次处理任务都要创建线程，积少成多下，代价还是蛮高的。
而线程池就可以解决这种问题，提前先创建出一批线程，没任务时，让这些线程泡在池子里睡觉，来任务后，将这些线程从池子里叫起来干活。
- 水池里流淌的是水流，而线程池里流淌的则是执行流 (线程)。
不要被线程池这个称呼给套住了，本质上来说，线程池 = 任务队列 + 条件变量 + 多执行流。
- 当任务队列中没任务时，让一堆线程在指定条件变量下等待；
- 当任务队列中有任务时，会唤醒在条件变量下等待的线程，让被唤醒的线程从任务队列中获取任务。
说到底，线程池本质上就是个生产消费模型。

🌈 二、线程池的应用场景

需要大量的线程来完成任务，且完成任务的时间比较短。
- 例如 web 服务器完成网页请求，这种单个任务小，但任务量大的任务，就很适合使用线程池技术。
对性能要求苛刻的应用，要求服务器迅速响应客户请求。
接收突发性的大量请求，但不至于使服务器因此产生大量线程的应用。
- 在没有线程池的情况下，如果没有线程池，短时间内将产生大量线程，可能使内存到达极限。

🌈 三、线程池的实现

当前要实现一个主线程不停的往任务队列中放任务，然后让线程池中的线程从任务队列中获取任务，再进行任务处理的一个简易线程池。
实现的这个简易的线程池整体分为线程池部分代码、任务类型部分代码、主线程部分代码这三部分。
这三部分代码可以分别写在三个文件中 (记得包含对应头文件)，也可以放在一个文件中，此处为了方便演示就全写在一个文件中。

#include <queue>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>using std::cerr;
using std::cout;
using std::endl;
using std::queue;/* ---------- 任务类型代码设计 ---------- */
class task
{
private:int _x;   // 左操作数int _y;   // 右操作数char _op; // 操作符public:task(int x = 0, int y = 0, char op = 0): _x(x), _y(y), _op(op){}// 处理任务的方法void run(){int result = 0; // 记录计算结果switch (_op){case '+':result = _x + _y;break;case '-':result = _x - _y;break;case '*':result = _x * _y;break;case '/':if (_y == 0){cerr << "除零错误" << std::endl;return;}else{result = _x / _y;}break;case '%':if (_y == 0){std::cerr << "模零错误" << std::endl;return;}else{result = _x % _y;}break;default:cerr << "非法运算符" << endl;return;}cout << "新线程 [" << pthread_self() << "] 获取任务成功, 任务的处理结果为: "<< _x << " " << _op << " " << _y << " = " << result << endl;}~task(){}
};/* ---------- 线程池代码设计 ---------- */
#define NUM 5               // 任务队列的容量template <typename T>
class thread_pool
{
private:queue<T> _task_queue;   // 任务队列int _thread_num;        // 线程池中线程的数量pthread_mutex_t _mutex; // 线程池中的线程的互斥锁pthread_cond_t _cond;   // 线程池中的线程的条件变量private:// 判断任务队列是否为空bool is_empty(){return _task_queue.size() == 0;}// 上锁void lock_queue(){pthread_mutex_lock(&_mutex);}// 解锁void unlock_queue(){pthread_mutex_unlock(&_mutex);}// 让线程去指定条件变量处等待等待void wait(){pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);}// 唤醒在指定条件变量处等待的线程void wakeup(){pthread_cond_signal(&_cond);}public:// 线程池的构造函数thread_pool(int num = NUM): _thread_num(num){pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr); // 初始化互斥锁pthread_cond_init(&_cond, nullptr);   // 初始化条件变量}// 线程池中的线程所要执行的函数static void *routine(void *arg){pthread_detach(pthread_self());thread_pool *self = (thread_pool *)arg;// 不断从任务队列获取中任务，然后处理这些任务while (true){self->lock_queue();     	// 获取任务前, 先对任务队列上锁while (self->is_empty())	// 如果任务队列为空, 则让线程去休眠self->wait();T task;               		// 定义任务对象self->pop(&task);     		// 用定义好的任务对象从任务队列中获取任务self->unlock_queue(); 		// 获取任务后, 要对任务队列解锁task.run();           		// 处理获取到的任务}}// 初始化线程池 (为线程池创建一批线程)void thread_pool_init(){pthread_t tid;for (int i = 0; i < _thread_num; i++)pthread_create(&tid, nullptr, routine, this); // 传入 this 指针作为 routine 函数的参数}// 往任务队列放任务（主线程调用）void push(const T &task){lock_queue();               // 给任务队列上锁_task_queue.push(task);     // 往任务队列中放入任务unlock_queue();             // 为任务队列解锁wakeup();                   // 来活了, 唤醒在线程池中休眠的线程}// 从任务队列获取任务（线程池中的线程调用）void pop(T *task){*task = _task_queue.front();_task_queue.pop();}// 线程池的析构函数~thread_pool(){pthread_mutex_destroy(&_mutex); // 销毁互斥锁pthread_cond_destroy(&_cond);   // 销毁条件变量}
};/* ---------- 主线程代码设计 ---------- */
int main()
{srand((unsigned int)time(nullptr)); // 随机数种子thread_pool<task> *tp = new thread_pool<task>; // 定义线程池对象tp->thread_pool_init();                        // 初始化线程池当中的线程const char *op = "+-*/%";                      // 操作符集// 不断往任务队列塞计算任务while (true)                        {sleep(1);int x = rand() % 100;           // 左操作数int y = rand() % 100;           // 右操作数int index = rand() % 5;         // 随机获取操作符集中的某个操作符的下标task task(x, y, op[index]);     // 构造一个任务对象tp->push(task);                 // 将构造的任务对象放入任务队列cout << "主线程放入任务完毕, 放入的任务为: "<< x << " " << op[index] << " " << y << " = ?" << endl;}return 0;
}