目錄

前言

一、線程池介紹

??線程池基本概念

??線程池組成部分

??線程池工作原理?

二、線程池代碼封裝

??main.cpp

??ThreadPool.h

??ThreadPool.cpp

??ChildTask.h?

??ChildTask.cpp

??BaseTask.h

??BaseTask.cpp

三、測(cè)試效果

四、總結(jié)

??創(chuàng)建線程池的好處

前言

本文主要學(xué)習(xí)Linux內(nèi)核編程，結(jié)合Visual Studio 2019進(jìn)行跨平臺(tái)編程，內(nèi)容包括線程池介紹以及線程池封裝

一、線程池介紹

??線程池基本概念

• 線程池是預(yù)先創(chuàng)建線程的一種技術(shù) （服務(wù)器真正意義上實(shí)現(xiàn)高并發(fā)就必須用線程池）
• ??舉個(gè)例子：生活中的水池，是裝東西的容器，用來(lái)裝水的，線程池當(dāng)然就是拿來(lái)裝線程的

• 線程池在任務(wù)還沒(méi)有到來(lái)之前，創(chuàng)建一定數(shù)量的線程，放入空閑隊(duì)列中，這些線程都是處于阻塞狀態(tài)，不消耗CPU，但占用較小的內(nèi)存空間
• 當(dāng)新任務(wù)到來(lái)時(shí)，緩沖池選擇一個(gè)空閑線程，把任務(wù)傳入此線程中運(yùn)行，如果緩沖池已經(jīng)沒(méi)有空閑線程，則新建若干個(gè)線程，當(dāng)系統(tǒng)比較空閑時(shí)，大部分線程都一直處于暫停狀態(tài)，線程池自動(dòng)銷(xiāo)毀一部分線程，回收系統(tǒng)資源

??線程池組成部分

• 線程池類(lèi)

????????維護(hù)工作者線程隊(duì)列（包括空閑與忙碌隊(duì)列）

????????維護(hù)一個(gè)任務(wù)隊(duì)列

????????維護(hù)一個(gè)線程池調(diào)度器指針

• 線程池調(diào)度器（本身也是一個(gè)線程）

????????負(fù)責(zé)線程調(diào)度

????????負(fù)責(zé)任務(wù)分配

• 工作者線程類(lèi)（線程池中的線程類(lèi)的封裝）
• 任務(wù)隊(duì)列
• 任務(wù)接口（實(shí)際的業(yè)務(wù)邏輯都繼承自該接口）

??線程池工作原理?

根據(jù)服務(wù)器的需要，來(lái)設(shè)置線程的數(shù)量，可能是10條、20條、30條，根據(jù)服務(wù)器的承載，10條不代表只能做10個(gè)任務(wù)，總有任務(wù)做的快，有的做的慢，可能可以完成20個(gè)任務(wù)?

??舉個(gè)例子：如上動(dòng)圖所示，當(dāng)我們服務(wù)器收到一個(gè)注冊(cè)業(yè)務(wù)，是一個(gè)服務(wù)器要執(zhí)行的任務(wù)，它會(huì)進(jìn)入到任務(wù)隊(duì)列，隊(duì)列先進(jìn)先出，順次執(zhí)行，任務(wù)會(huì)喚醒空閑列表當(dāng)中的一個(gè)空閑的線程，接到任務(wù)之后，空閑線程會(huì)從空閑列表中消失，進(jìn)入到忙碌列表，去完成對(duì)應(yīng)的任務(wù)，完成任務(wù)后，從忙碌列表中出去，到空閑列表繼續(xù)等待新任務(wù)

如果，所有的線程都在忙，都在做任務(wù)，這時(shí)候登錄進(jìn)來(lái)，先進(jìn)入任務(wù)隊(duì)列，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程來(lái)接這個(gè)任務(wù)，當(dāng)所有線程都完成任務(wù)，回到空閑列表后，新創(chuàng)建的線程銷(xiāo)毀，留下原先設(shè)置的對(duì)應(yīng)數(shù)量線程（類(lèi)似，保留老員工，把實(shí)習(xí)生裁員）

• 隊(duì)列：先進(jìn)先出
• 空閑列表（鏈表）：不定長(zhǎng)（有的時(shí)候可能需要?jiǎng)?chuàng)建新線程來(lái)接任務(wù)）
• 忙碌列表（鏈表）：不定長(zhǎng)（有的時(shí)候可能需要?jiǎng)?chuàng)建新線程來(lái)接任務(wù)）

話不多說(shuō)，咱們上號(hào)，封裝一下線程池相關(guān)函數(shù)，來(lái)進(jìn)行測(cè)試?

二、線程池代碼封裝

??main.cpp

• 主函數(shù)，設(shè)置10條線程，來(lái)執(zhí)行30個(gè)任務(wù)?

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include "ThreadPool.h"
#include "ChildTask.h"
using namespace std;

int main()
{
	ThreadPool* pool = new ThreadPool(10);//10條線程

	for (int i = 0; i < 30; i++)//設(shè)置30個(gè)任務(wù)
	{
		char buf[40] = { 0 };//初始化
		sprintf(buf, "%s%d", "任務(wù)", i);

		BaseTask* task = new ChildTask(buf);
		pool->pushTask(task);
	}

	while (1) {}

	return 0;
}

??ThreadPool.h

• 對(duì)線程池進(jìn)行設(shè)計(jì)，核心包括最大、最小線程數(shù)，忙碌列表，空閑列表，任務(wù)隊(duì)列，互斥量，條件變量，以及線程執(zhí)行函數(shù)

#pragma once
#include <queue>//隊(duì)列
#include <list>//鏈表頭文件
#include <pthread.h>//線程頭文件
#include <algorithm>//find查找
#include <iostream>
#include "BaseTask.h"

using namespace std;

#define MIN_NUM 10//最小值 默認(rèn)參數(shù)

class ThreadPool
{
public:
	ThreadPool(const int num = MIN_NUM);
	~ThreadPool();

	//判斷任務(wù)隊(duì)列是否為空
	bool QueueIsEmpty();
	//線程互斥量加鎖解鎖
	void Lock();
	void Unlock();
	//線程條件變量等待和喚醒
	void Wait();
	void WakeUp();

	//添加任務(wù)到任務(wù)隊(duì)列
	void pushTask(BaseTask* task);
	//從任務(wù)隊(duì)列移除任務(wù)
	BaseTask* popTask(BaseTask* task);

	//從忙碌回到空閑 工作結(jié)束
	void MoveToIdle(pthread_t id);

	//從空閑到忙碌 工作開(kāi)始
	void MoveToBusy(pthread_t id);

	//線程執(zhí)行函數(shù)
	static void* RunTime(void* vo);

private:
	int threadMinNum;//最大線程數(shù)量
	int threadMaxNum;//最小線程數(shù)量
	queue<BaseTask*>taskQueue;//任務(wù)隊(duì)列
	list<pthread_t>busyList;//線程忙碌列表
	list<pthread_t>idleList;//線程空閑列表
	pthread_mutex_t mutex;//互斥量：做鎖
	pthread_cond_t cond;//條件變量：讓線程等待或者喚醒
};

??ThreadPool.cpp

• 對(duì)函數(shù)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，核心在于線程執(zhí)行函數(shù)上的設(shè)置，在工作前和工作完設(shè)置打印，方便我們進(jìn)行觀察

#include "ThreadPool.h"

ThreadPool::ThreadPool(const int num)
{
	this->threadMinNum = num;

	//條件變量、互斥量初始化
	pthread_mutex_init(&this->mutex, NULL);
	pthread_cond_init(&this->cond, NULL);

	pthread_t id;
	//線程num條創(chuàng)建
	for (int i = 0; i < this->threadMinNum; i++)
	{
		//線程創(chuàng)建
		pthread_create(&id, NULL, RunTime, this);
		this->idleList.push_back(id);//線程存入空閑列表
	}
}

ThreadPool::~ThreadPool()
{
}
//任務(wù)隊(duì)列是否為空
bool ThreadPool::QueueIsEmpty()
{
	return this->taskQueue.empty();
}
//線程加鎖
void ThreadPool::Lock()
{
	pthread_mutex_lock(&this->mutex);
}
//線程解鎖
void ThreadPool::Unlock()
{
	pthread_mutex_unlock(&this->mutex);
}
//線程等待
void ThreadPool::Wait()
{
	pthread_cond_wait(&this->cond, &this->mutex);
}
//線程喚醒
void ThreadPool::WakeUp()
{
	pthread_cond_signal(&this->cond);
}
//添加任務(wù)到任務(wù)隊(duì)列
void ThreadPool::pushTask(BaseTask* task)
{
	Lock();
	taskQueue.push(task);
	Unlock();
	WakeUp();
}
//從任務(wù)隊(duì)列移除任務(wù)
BaseTask* ThreadPool::popTask(BaseTask* task)
{
	task = this->taskQueue.front();//從隊(duì)列頭取
	this->taskQueue.pop();//刪除隊(duì)列頭

	return task;
}
//從忙碌回到空閑 工作結(jié)束
void ThreadPool::MoveToIdle(pthread_t id)
{
	list<pthread_t>::iterator iter;
	iter = find(busyList.begin(), busyList.end(), id);

	if (iter != busyList.end())
	{
		//從忙碌移除
		this->busyList.erase(iter);
		//添加到空閑
		this->idleList.push_back(*iter);//this->idleList.push_back(id)
	}
}
//從空閑到忙碌 工作開(kāi)始
void ThreadPool::MoveToBusy(pthread_t id)
{
	list<pthread_t>::iterator iter;
	iter = find(idleList.begin(), idleList.end(), id);

	if (iter != idleList.end())
	{
		//從空閑移除
		this->idleList.erase(iter);
		//添加到忙碌
		this->busyList.push_back(*iter);//this->idleList.push_back(id)
	}
}
//線程執(zhí)行函數(shù)
void* ThreadPool::RunTime(void* vo)
{
	//拿到執(zhí)行線程自己的id 因?yàn)楹竺嬉幚砻β岛涂臻e的情況
	pthread_t id = pthread_self();
	//確保主線程與子線程分離，子線程結(jié)束后，資源自動(dòng)回收
	pthread_detach(id);
	//線程參數(shù)獲取
	ThreadPool* argThis = (ThreadPool*)vo;

	while (true)
	{
		argThis->Lock();
		//如果任務(wù)隊(duì)列為空 線程則一直等待 
		//知道任務(wù)隊(duì)列不為空則會(huì)被pushTask函數(shù)喚醒線程
		while (argThis->QueueIsEmpty())
		{
			argThis->Wait();
		}
		argThis->MoveToBusy(id);

		cout << "工作前  任務(wù)數(shù):" << argThis->taskQueue.size() << endl;
		cout << "工作前  busy:" << argThis->busyList.size() << endl;
		cout << "工作前  idle:" << argThis->idleList.size() << endl;
		cout << "-----------------------------------------------" << endl;
		//取任務(wù)
		BaseTask* task;
		task = argThis->popTask(task);

		argThis->Unlock();

		//任務(wù)工作
		task->working();

		//工作結(jié)束
		argThis->Lock();
		argThis->MoveToIdle(id);
		argThis->Unlock();

		cout << "工作完  任務(wù)數(shù):" << argThis->taskQueue.size() << endl;
		cout << "工作完  busy:" << argThis->busyList.size() << endl;
		cout << "工作完  idle:" << argThis->idleList.size() << endl;
		cout << ">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>" << endl;
	}

	return nullptr;
}

??ChildTask.h?

• 子類(lèi)配置?

#pragma once
#include "BaseTask.h"
#include <iostream>
#include <unistd.h>//sleep頭文件
using namespace std;

class ChildTask :
	public BaseTask
{
public:
	ChildTask(char* data);
	~ChildTask();
	void working();
};

??ChildTask.cpp

• 子類(lèi)設(shè)置延時(shí)模擬做任務(wù)的時(shí)間比較長(zhǎng)?

#include "ChildTask.h"

ChildTask::ChildTask(char* data) :BaseTask(data)//參數(shù)傳給父類(lèi)
{
}

ChildTask::~ChildTask()
{
}

void ChildTask::working()
{
	cout << this->data << "正在執(zhí)行......" << endl;
	sleep(3);//延時(shí)3秒 （模擬做業(yè)務(wù)的時(shí)間比較長(zhǎng)）
}

??BaseTask.h

• 基類(lèi)設(shè)置結(jié)構(gòu)體來(lái)裝業(yè)務(wù)?

#pragma once
#include <string.h>
class BaseTask
{
public:
	BaseTask(char* data);
	~BaseTask();
	char data[1024]; //裝業(yè)務(wù)
	virtual void working() = 0;//虛函數(shù)
};

??BaseTask.cpp

• 基類(lèi)配置?

#include "BaseTask.h"

BaseTask::BaseTask(char* data)
{
	bzero(this->data, sizeof(this->data));//清空
	memcpy(this->data, data, sizeof(data));
}

BaseTask::~BaseTask()
{
	delete this->data;//清除釋放
}

三、測(cè)試效果

• 通過(guò)Linux連接VS進(jìn)行跨平臺(tái)編程，我們可以清晰的看到有幾個(gè)線程是在做任務(wù)，幾個(gè)線程是空閑的，整個(gè)過(guò)程就很清晰直觀的展現(xiàn)出來(lái)了，如下動(dòng)圖所示：?

• 10條線程做30個(gè)任務(wù)的全部記錄，如下如所示：

四、總結(jié)

??創(chuàng)建線程池的好處

• 線程池的使用，能讓我們搭建的高并發(fā)服務(wù)器真正意義上做到高并發(fā)

• 降低資源消耗

????????通過(guò)重復(fù)利用自己創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷(xiāo)毀造成的消耗

• 提高響應(yīng)速度

????????當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)，任務(wù)可以不需要等待線程創(chuàng)建和銷(xiāo)毀就能立即執(zhí)行

• 提高線程的可管理性

????????線程式稀缺資源，如果無(wú)限的創(chuàng)建線程，不僅會(huì)消耗資源，還會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性

????????使用線程池可以進(jìn)行統(tǒng)一分配，調(diào)優(yōu)和監(jiān)控

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