C/C++手撕線程池（線程池的封裝和實(shí)現(xiàn)）
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本文使用的源碼地址：
https://github.com/SCljh/thread_pool
線程池描述
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池式結(jié)構(gòu)
??在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中有許多池式結(jié)構(gòu)：內(nèi)存池、數(shù)據(jù)庫(kù)連接池、請(qǐng)求池、消息隊(duì)列、
對(duì)象池等等。
??池式結(jié)構(gòu)解決的主要問(wèn)題為緩沖問(wèn)題，起到的是緩沖區(qū)的作用。
?
線程池
?通過(guò)使用線程池，我們可以有效降低多線程操作中任務(wù)申請(qǐng)和釋放產(chǎn)生的性能消耗。
特別是當(dāng)我們每個(gè)線程的任務(wù)處理比較快時(shí)，系統(tǒng)大部分性能消耗都花在了
pthread_create以及釋放線程的過(guò)程中。
那既然是這樣的話，何不在程序開(kāi)始運(yùn)行階段提前創(chuàng)建好一堆線程，
等我們需要用的時(shí)候只要去這一堆線程中領(lǐng)一個(gè)線程，用完了再放回去，
等程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)統(tǒng)一釋放這一堆線程呢？按照這個(gè)想法，線程池出現(xiàn)了。
?
線程池解決的問(wèn)題
解決任務(wù)處理
阻塞IO
解決線程創(chuàng)建于銷毀的成本問(wèn)題
管理線程
??線程池應(yīng)用之一：日志存儲(chǔ)
??在服務(wù)器保存日志至磁盤(pán)上時(shí)，性能往往壓在磁盤(pán)讀寫(xiě)上，
而引入線程池利用異步解耦可以解決磁盤(pán)讀寫(xiě)性能問(wèn)題。
??線程池的主要作用：異步解耦
?
說(shuō)了那么多線程池的優(yōu)點(diǎn)，那接下來(lái)要做的就是手撕這誘人的玩意了。
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樸實(shí)無(wú)華但不枯燥的代碼（以c++為例）
本文主要講解的是c++線程池的實(shí)現(xiàn)，C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)其實(shí)思想和c++是一致的，
具體的代碼可見(jiàn)文章開(kāi)頭的鏈接。
線程池中比較關(guān)鍵的東西
??若想自己編寫(xiě)一個(gè)線程池框架，那么可以先關(guān)注線程池中比較關(guān)鍵的東西：
工作隊(duì)列
任務(wù)隊(duì)列
線程池的池
pthread_create中的回調(diào)函數(shù)
為什么說(shuō)這些東西比較關(guān)鍵？因?yàn)檫@“大四元”基本上支撐起了整個(gè)線程池的框架。
而線程池的框架如下所示：
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工作隊(duì)列
??worker隊(duì)列，首先要有worker才有隊(duì)列，我們首先定義worker結(jié)構(gòu)體：
??可想而知，worker中要有create_pthread函數(shù)的id參數(shù)，
還需要有控制每一個(gè)worker live or die的標(biāo)志terminate，
我們最好再設(shè)置一個(gè)標(biāo)志表示這個(gè)worker是否在工作。
最后，我們要知道這個(gè)worker隸屬于那個(gè)線程池（至于為什么下文將介紹）
struct NWORKER{
pthread_t threadid; //線程id
bool terminate; //是否需要結(jié)束該worker的標(biāo)志
int isWorking; //該worker是否在工作
ThreadPool *pool; //隸屬于的線程池
}任務(wù)隊(duì)列struct NJOB{
void (*func)(void *arg); //任務(wù)函數(shù)
void *user_data; //函數(shù)參數(shù)
};線程池本池
??對(duì)于一個(gè)線程池，任務(wù)隊(duì)列和工作隊(duì)列已經(jīng)是必不可少的東西了，
那線程池還有需要哪些東西輔助它以達(dá)到它該有的功能呢？
??一說(shuō)到線程，那處理好線程同步就是一個(gè)繞不開(kāi)的話題，
那在線程池中我們需要處理的臨界資源有哪些呢？
想想我們工作隊(duì)列中的每個(gè)worker都在等待一個(gè)任務(wù)隊(duì)列看其是否有任務(wù)到來(lái)，
所以很容易得出結(jié)論我們必須要在線程池中實(shí)現(xiàn)兩把鎖：
一把是用來(lái)控制對(duì)任務(wù)隊(duì)列操作的互斥鎖，
另一把是當(dāng)任務(wù)隊(duì)列有新任務(wù)時(shí)喚醒worker的條件鎖。
??有了這兩把鎖，線程池中再加點(diǎn)必要的一些數(shù)字以及對(duì)線程池操作的函數(shù)，
那么這個(gè)類就寫(xiě)完了。實(shí)現(xiàn)代碼如下：
class ThreadPool{
private:
struct NWORKER{
pthread_t threadid;
bool terminate;
int isWorking;
ThreadPool *pool;
} *m_workers;
struct NJOB{
void (*func)(void *arg); //任務(wù)函數(shù)
void *user_data;
};
public:
//線程池初始化
//numWorkers:線程數(shù)量
ThreadPool(int numWorkers, int max_jobs);
//銷毀線程池
~ThreadPool();
//面向用戶的添加任務(wù)
int pushJob(void (*func)(void *data), void *arg, int len);
private:
//向線程池中添加任務(wù)
bool _addJob(NJOB* job);
//回調(diào)函數(shù)
static void* _run(void *arg);
void _threadLoop(void *arg);
private:
std::list<NJOB*> m_jobs_list;
int m_max_jobs; //任務(wù)隊(duì)列中的最大任務(wù)數(shù)
int m_sum_thread; //worker總數(shù)
int m_free_thread; //空閑worker數(shù)
pthread_cond_t m_jobs_cond; //線程條件等待
pthread_mutex_t m_jobs_mutex; //為任務(wù)加鎖防止一個(gè)任務(wù)
被兩個(gè)線程執(zhí)行等其他情況
};可以看到我們做了一些必要的封裝，只給用戶提供了構(gòu)造函數(shù)、
析構(gòu)函數(shù)以及添加任務(wù)的函數(shù)。這也是一個(gè)基本的線程池框架必要的接口。
回調(diào)函數(shù)
static？
??根據(jù)上方代碼可以看見(jiàn)，回調(diào)函數(shù)為static函數(shù)。
我可不想在我使用使用回調(diào)函數(shù)的時(shí)候自動(dòng)給我加上*this參數(shù)。
??首先回調(diào)函數(shù)是每個(gè)線程創(chuàng)建之后就開(kāi)始執(zhí)行的函數(shù)，
該函數(shù)作為pthread_create的第三個(gè)參數(shù)傳入。我們來(lái)看看pthread_create的函數(shù)原型：
int pthread_create(pthread_t *tidp,const pthread_attr_t *attr, void *(*start_rtn)(void*),void *arg);
注意到，此處的我們傳入的回調(diào)函數(shù)必須是接受一個(gè)void*參數(shù)，
且返回類型為void*的函數(shù)。如果我們將回調(diào)函數(shù)寫(xiě)成線程池的普通成員函數(shù)，
那么c++會(huì)在這個(gè)函數(shù)參數(shù)前默認(rèn)加上一個(gè)*this參數(shù)，
**這也是為什么我們能在成員函數(shù)中使用當(dāng)前對(duì)象中的一些屬性。
**然而就是這個(gè)原因，若我們傳入的回調(diào)函數(shù)指針為類的成員函數(shù)，
那c++編譯器會(huì)破壞我們的函數(shù)結(jié)構(gòu)（因?yàn)榻o我們加了一個(gè)形參），
導(dǎo)致pthread_create的第三個(gè)參數(shù)不符合要求而報(bào)錯(cuò)：
看吧，編譯器不讓我們用non-static的成員函數(shù)作為回調(diào)函數(shù)傳入pthread_create中。
其實(shí)在c++中，大多數(shù)回調(diào)函數(shù)都有這個(gè)要求。
??那為什么static就可以呢？
這是因?yàn)閟tatic函數(shù)為類的靜態(tài)函數(shù)，當(dāng)類的成員函數(shù)被static修飾后，
調(diào)用該函數(shù)將不會(huì)默認(rèn)傳遞*this指針，
這也是為什么static成員函數(shù)中不能使用對(duì)象的非static屬性：
你*this指針都沒(méi)傳我上哪去找你的對(duì)象？
函數(shù)本身
??在運(yùn)行回調(diào)函數(shù)的時(shí)候，我們又想用對(duì)象里的東西（比如鎖），
編譯器又不讓我們用，那怎么辦？別忘了雖然static函數(shù)沒(méi)有*this指針，
但它卻可以有一個(gè)*void的參數(shù)啊。有了這個(gè)*void，我們還怕少一個(gè)*this指針？
我們可以先寫(xiě)一個(gè)static函數(shù)，將需要的對(duì)象指針通過(guò)形參傳到這個(gè)函數(shù)里，
再在這個(gè)函數(shù)中通過(guò)這個(gè)對(duì)象調(diào)用成員函數(shù)的方法，就能使用這個(gè)對(duì)象的成員屬性了。
??就像這樣：
//run為static函數(shù)
void* ThreadPool::_run(void *arg) {
NWORKER *worker = (NWORKER *)arg;
worker->pool->_threadLoop(arg);
}
//threadLoop為普通成員函數(shù)
void ThreadPool::_threadLoop(void *arg) {
//在這里就能直接用當(dāng)前ThreadPool對(duì)象的東西了
}
至于threadLoop的實(shí)現(xiàn)，由于線程是要一直存在的，
一個(gè)while(true)的循環(huán)肯定少不了了。這個(gè)循環(huán)中具體做什么呢：
不斷檢查任務(wù)隊(duì)列中是否有job：
如果有，則取出這個(gè)job，并將該job從任務(wù)隊(duì)列中刪除，且執(zhí)行job中的func函數(shù)。
如果沒(méi)有，調(diào)用pthread_cond_wait函數(shù)等待job到來(lái)時(shí)被喚醒。
若當(dāng)前worker的terminate為真，則退出循環(huán)結(jié)束線程。
注意在對(duì)job操作前別忘了加鎖，函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：
void ThreadPool::_threadLoop(void *arg) {
NWORKER *worker = (NWORKER*)arg;
while (1){
//線程只有兩個(gè)狀態(tài)：執(zhí)行\(zhòng)等待
//查看任務(wù)隊(duì)列前先獲取鎖
pthread_mutex_lock(&m_jobs_mutex);
//當(dāng)前沒(méi)有任務(wù)
while (m_jobs_list.size() == 0) {
//檢查worker是否需要結(jié)束生命
if (worker->terminate) break;
//條件等待直到被喚醒
pthread_cond_wait(&m_jobs_cond,&m_jobs_mutex);
}
//檢查worker是否需要結(jié)束生命
if (worker->terminate){
pthread_mutex_unlock(&m_jobs_mutex);
break;
}
//獲取到j(luò)ob后將該job從任務(wù)隊(duì)列移出，免得其他worker過(guò)來(lái)重復(fù)做這個(gè)任務(wù)
struct NJOB *job = m_jobs_list.front();
m_jobs_list.pop_front();
//對(duì)任務(wù)隊(duì)列的操作結(jié)束，釋放鎖
pthread_mutex_unlock(&m_jobs_mutex);
m_free_thread--;
worker->isWorking = true;
//執(zhí)行job中的func
job->func(job->user_data);
worker->isWorking = false;
free(job->user_data);
free(job);
}
free(worker);
pthread_exit(NULL);
}
原文鏈接：https://blog.csdn.net/ACMer_L/article/details/107578636
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原文鏈接：https://blog.csdn.net/ACMer_L/article/details/107578636
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