C++线程池的实现

  在https://www.cnblogs.com/LaiY9/p/14725352.html已经实现了 C 语言版的线程池,如果我们也学过 C++ 的话,可以将其改为 C++ 版本,这样代码不管是从使用还是从感观上都会更简洁一些。

1. 任务队列

1.1 类声明

// 定义任务结构体

using callback = void(*)(void*);

struct Task

{

    Task()

    {

        function = nullptr;

        arg = nullptr;

    }

    Task(callback f, void* arg)

    {

        function = f;

        this->arg = arg;

    }

    callback function;

    void* arg;

};

// 任务队列

class TaskQueue

{

public:

    TaskQueue();

    ~TaskQueue();

    // 添加任务

    void addTask(Task& task);

    void addTask(callback func, void* arg);

    // 取出一个任务

    Task takeTask();

    // 获取当前队列中任务个数

    inline int taskNumber()

    {

        return m_queue.size();

    }

private:

    pthread_mutex_t m_mutex;    // 互斥锁

    std::queue<Task> m_queue;   // 任务队列

};

其中 Task 是任务类,里边有两个成员,分别是两个指针 void(*)(void*) 和 void*

另外一个类 TaskQueue 是任务队列,提供了添加任务、取出任务、存储任务、获取任务个数、线程同步的功能。

1.2 类定义

TaskQueue::TaskQueue()

{

    pthread_mutex_init(&m_mutex, NULL);

}

TaskQueue::~TaskQueue()

{

    pthread_mutex_destroy(&m_mutex);

}

void TaskQueue::addTask(Task& task)

{

    pthread_mutex_lock(&m_mutex);

    m_queue.push(task);

    pthread_mutex_unlock(&m_mutex);

}

void TaskQueue::addTask(callback func, void* arg)

{

    pthread_mutex_lock(&m_mutex);

    Task task;

    task.function = func;

    task.arg = arg;

    m_queue.push(task);

    pthread_mutex_unlock(&m_mutex);

}

Task TaskQueue::takeTask()

{

    Task t;

    pthread_mutex_lock(&m_mutex);

    if (m_queue.size() > 0)

    {

        t = m_queue.front();

        m_queue.pop();

    }

    pthread_mutex_unlock(&m_mutex);

    return t;

}

2. 线程池

2.1 类声明

class ThreadPool

{

public:

    ThreadPool(int min, int max);

    ~ThreadPool();

    // 添加任务

    void addTask(Task task);

    // 获取忙线程的个数

    int getBusyNumber();

    // 获取活着的线程个数

    int getAliveNumber();

private:

    // 工作的线程的任务函数

    static void* worker(void* arg);

    // 管理者线程的任务函数

    static void* manager(void* arg);

    void threadExit();

private:

    pthread_mutex_t m_lock;

    pthread_cond_t m_notEmpty;

    pthread_t* m_threadIDs;

    pthread_t m_managerID;

    TaskQueue* m_taskQ;

    int m_minNum;

    int m_maxNum;

    int m_busyNum;

    int m_aliveNum;

    int m_exitNum;

    bool m_shutdown = false;

};

2.2 类定义

ThreadPool::ThreadPool(int minNum, int maxNum)

{

    // 实例化任务队列

    m_taskQ = new TaskQueue;

    do {

        // 初始化线程池

        m_minNum = minNum;

        m_maxNum = maxNum;

        m_busyNum = 0;

        m_aliveNum = minNum;

        // 根据线程的最大上限给线程数组分配内存

        m_threadIDs = new pthread_t[maxNum];

        if (m_threadIDs == nullptr)

        {

            cout << "malloc thread_t[] 失败...." << endl;;

            break;

        }

        // 初始化

        memset(m_threadIDs, 0, sizeof(pthread_t) * maxNum);

        // 初始化互斥锁,条件变量

        if (pthread_mutex_init(&m_lock, NULL) != 0 ||

            pthread_cond_init(&m_notEmpty, NULL) != 0)

        {

            cout << "init mutex or condition fail..." << endl;

            break;

        }

        /////////////////// 创建线程 //////////////////

        // 根据最小线程个数, 创建线程

        for (int i = 0; i < minNum; ++i)

        {

            pthread_create(&m_threadIDs[i], NULL, worker, this);

            cout << "创建子线程, ID: " << to_string(m_threadIDs[i]) << endl;

        }

        // 创建管理者线程, 1个

        pthread_create(&m_managerID, NULL, manager, this);

    } while (0);

}

ThreadPool::~ThreadPool()

{

    m_shutdown = 1;

    // 销毁管理者线程

    pthread_join(m_managerID, NULL);

    // 唤醒所有消费者线程

    for (int i = 0; i < m_aliveNum; ++i)

    {

        pthread_cond_signal(&m_notEmpty);

    }

    if (m_taskQ) delete m_taskQ;

    if (m_threadIDs) delete[]m_threadIDs;

    pthread_mutex_destroy(&m_lock);

    pthread_cond_destroy(&m_notEmpty);

}

void ThreadPool::addTask(Task task)

{

    if (m_shutdown)

    {

        return;

    }

    // 添加任务,不需要加锁,任务队列中有锁

    m_taskQ->addTask(task);

    // 唤醒工作的线程

    pthread_cond_signal(&m_notEmpty);

}

int ThreadPool::getAliveNumber()

{

    int threadNum = 0;

    pthread_mutex_lock(&m_lock);

    threadNum = m_aliveNum;

    pthread_mutex_unlock(&m_lock);

    return threadNum;

}

int ThreadPool::getBusyNumber()

{

    int busyNum = 0;

    pthread_mutex_lock(&m_lock);

    busyNum = m_busyNum;

    pthread_mutex_unlock(&m_lock);

    return busyNum;

}

// 工作线程任务函数

void* ThreadPool::worker(void* arg)

{

    ThreadPool* pool = static_cast<ThreadPool*>(arg);

    // 一直不停的工作

    while (true)

    {

        // 访问任务队列(共享资源)加锁

        pthread_mutex_lock(&pool->m_lock);

        // 判断任务队列是否为空, 如果为空工作线程阻塞

        while (pool->m_taskQ->taskNumber() == 0 && !pool->m_shutdown)

        {

            cout << "thread " << to_string(pthread_self()) << " waiting..." << endl;

            // 阻塞线程

            pthread_cond_wait(&pool->m_notEmpty, &pool->m_lock);

            // 解除阻塞之后, 判断是否要销毁线程

            if (pool->m_exitNum > 0)

            {

                pool->m_exitNum--;

                if (pool->m_aliveNum > pool->m_minNum)

                {

                    pool->m_aliveNum--;

                    pthread_mutex_unlock(&pool->m_lock);

                    pool->threadExit();

                }

            }

        }

        // 判断线程池是否被关闭了

        if (pool->m_shutdown)

        {

            pthread_mutex_unlock(&pool->m_lock);

            pool->threadExit();

        }

        // 从任务队列中取出一个任务

        Task task = pool->m_taskQ->takeTask();

        // 工作的线程+1

        pool->m_busyNum++;

        // 线程池解锁

        pthread_mutex_unlock(&pool->m_lock);

        // 执行任务

        cout << "thread " << to_string(pthread_self()) << " start working..." << endl;

        task.function(task.arg);

        delete task.arg;

        task.arg = nullptr;

        // 任务处理结束

        cout << "thread " << to_string(pthread_self()) << " end working...";

        pthread_mutex_lock(&pool->m_lock);

        pool->m_busyNum--;

        pthread_mutex_unlock(&pool->m_lock);

    }

    return nullptr;

}

// 管理者线程任务函数

void* ThreadPool::manager(void* arg)

{

    ThreadPool* pool = static_cast<ThreadPool*>(arg);

    // 如果线程池没有关闭, 就一直检测

    while (!pool->m_shutdown)

    {

        // 每隔5s检测一次

        sleep(5);

        // 取出线程池中的任务数和线程数量

        //  取出工作的线程池数量

        pthread_mutex_lock(&pool->m_lock);

        int queueSize = pool->m_taskQ->taskNumber();

        int liveNum = pool->m_aliveNum;

        int busyNum = pool->m_busyNum;

        pthread_mutex_unlock(&pool->m_lock);

        // 创建线程

        const int NUMBER = 2;

        // 当前任务个数>存活的线程数 && 存活的线程数<最大线程个数

        if (queueSize > liveNum && liveNum < pool->m_maxNum)

        {

            // 线程池加锁

            pthread_mutex_lock(&pool->m_lock);

            int num = 0;

            for (int i = 0; i < pool->m_maxNum && num < NUMBER

                && pool->m_aliveNum < pool->m_maxNum; ++i)

            {

                if (pool->m_threadIDs[i] == 0)

                {

                    pthread_create(&pool->m_threadIDs[i], NULL, worker, pool);

                    num++;

                    pool->m_aliveNum++;

                }

            }

            pthread_mutex_unlock(&pool->m_lock);

        }

        // 销毁多余的线程

        // 忙线程*2 < 存活的线程数目 && 存活的线程数 > 最小线程数量

        if (busyNum * 2 < liveNum && liveNum > pool->m_minNum)

        {

            pthread_mutex_lock(&pool->m_lock);

            pool->m_exitNum = NUMBER;

            pthread_mutex_unlock(&pool->m_lock);

            for (int i = 0; i < NUMBER; ++i)

            {

                pthread_cond_signal(&pool->m_notEmpty);

            }

        }

    }

    return nullptr;

}

// 线程退出

void ThreadPool::threadExit()

{

    pthread_t tid = pthread_self();

    for (int i = 0; i < m_maxNum; ++i)

    {

        if (m_threadIDs[i] == tid)

        {

            cout << "threadExit() function: thread " 

                << to_string(pthread_self()) << " exiting..." << endl;

            m_threadIDs[i] = 0;

            break;

        }

    }

    pthread_exit(NULL);

}

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原文地址:https://www.cnblogs.com/LaiY9/p/14756069.html