Linux程式設計之執行緒池的設計與實現（C 98）

假設伺服器的硬體資源「充裕」，那麼提高伺服器效能的乙個很直接的方法就是空間換時間，即「浪費」伺服器的硬體資源，以換取其執行效率。提公升伺服器效能的乙個重要方法就是採用「池」的思路，即對一組資源在伺服器啟動之初就被完全建立好並初始化，這稱為靜態資源分配。當伺服器進入正式執行階段，即開始處理客戶端請求時，如果它需要相關資源就可以直接從池中獲取，無需動態分配。很顯然，直接從池中取得所需要資源比動態分配資源的速度快得多，因為分配系統資源的系統呼叫都是很耗時的。當伺服器處理完乙個客戶端連線後，可以把相關資源放回池中，無須執行系統呼叫釋放資源。從最終效果來看，資源分配和**的系統呼叫只發生在伺服器的啟動和結束，這種「池」的方式避免了中間的任務處理過程對核心的頻繁訪問，提高了伺服器的效能。我們常用的執行緒池和記憶體池都是基於以上「池」的優勢所設計出來的提公升伺服器效能的方法，今天打算以c++98設計乙個基於linux系統的簡單執行緒池。

首先想一想，我們一般的伺服器都是動態建立子執行緒來實現併發伺服器的，比如每當有乙個客戶端請求建立連線時我們就動態呼叫pthread_create去建立執行緒去處理該連線請求。這種模式有什麼缺點呢？

所以我們為了進一步提公升伺服器效能，可以採取「池」的思路，把執行緒的建立放在程式的初始化階段一次完成，這就避免了動態建立執行緒導致伺服器響應請求的效能下降。

以單例模式設計執行緒池，保證執行緒池全劇唯一；

在獲取執行緒池例項進行執行緒池初始化：執行緒預先建立+任務佇列建立；

建立乙個任務類，我們真實的任務會繼承該類，完成任務執行。

根據以上思路我們可以給出這麼乙個執行緒池類的框架：

class threadpool
;

下面開始講解一些實現細節。

首先我們以餓漢單例模式來設計這個執行緒池，以保證該執行緒池全域性唯一：

建構函式私有化

提供乙個靜態函式來獲取執行緒池物件

//餓漢模式，執行緒安全
threadpool* threadpool::createthreadpool(int num)
threadpool* pmypool = threadpool::createthreadpool(5);

執行緒池物件初始化時我們需要做三件事：相關變數的初始化（執行緒池狀態、互斥鎖、條件變數等）+任務佇列的建立+執行緒預先建立

threadpool::threadpool(int num):threadsnum(num)

執行緒池的數目根據物件建立時輸入的數目來建立，如果不指定數目，我們就是使用預設數目10個。

void threadpool::createthreads()
void setarg(void* a)
virtual int run()=0;
protected:
void* arg;
};

typedef struct
msg_t;
class mytask: public task
};

真正使用該類時就自己定義乙個子類繼承task類，並實現run()函式，並通過setarg()方法去設定傳入的引數。比如可以這麼用：

msg_t msg[10];
mytask task_a[10];
//模擬生產者生產任務
for(int i=0;i<10;i++)

現在來到執行緒池設計中最難搞的地方：執行緒排程。乙個任務來了，究竟怎麼讓空閒執行緒去拿任務去做呢？我們又如何保證空閒的執行緒不斷地去拿任務呢？

抽象而言，這是乙個生產者消費者的模型，系統不斷往任務佇列裡送任務，我們通過互斥鎖和條件變數來控制任務的加入和獲取，執行緒每當空閒時就會去呼叫taketask()去拿任務。如果佇列沒任務那麼一些沒獲得互斥鎖的執行緒就會擁塞等待（因為沒鎖），獲得互斥鎖的那個執行緒會因為沒任務而擁塞等待。一旦有任務就會喚醒這個帶鎖線程拿走任務釋放互斥鎖。看看**層面是如何操作的：

加入乙個任務

void threadpool::addtask(task* ptask)

取走乙個任務

task* threadpool::taketask()
if(!isrunning)
else if(taskqueue.empty())
ptask = taskqueue.front();
taskqueue.pop();
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}return ptask;
}

執行緒中的**函式。這裡注意的是，如果取到的任務為空，我們認為是執行緒池關閉的訊號（執行緒池銷毀時我們會在析構函式中呼叫pthread_cond_broadcast(&condition)來通知執行緒來拿任務，拿到的當然是空指標），我們退出該執行緒。

void* threadpool::threadfunc(void* arg)
printf("take one...\n");
task->run();}}

下面給出乙個執行緒池的乙個使用例子。可以看出，我首先定義了msg_t的結構體，這是因為我們的服務響應函式是帶引數的，所以我們定義了這個結構體並把其位址作為引數傳進執行緒池中去（通過setarg方法）。然後我們也定義了乙個任務類mytask繼承於task，並重寫了run方法。我們要執行的服務函式就可以寫在run函式之中。當需要往任務佇列投放任務時呼叫addtask()就可以了，然後執行緒池會自己安排任務的分發，外界無須關心。所以乙個執行緒池執行任務的過程可以簡化為：createthreadpool() -> setarg() -> addtask -> while(1) -> delete pmypool

#include #include "thread_pool.h"
#include #include typedef struct
msg_t;
class mytask: public task
};int main()
;    msg_t msg[10];
mytask task_a[10];
//模擬生產者生產任務
for(int i=0;i<10;i++)
while(1)
sleep(1);
}delete pmypool;
return 0;
}

程式具體執行的邏輯是，我們建立了乙個5個執行緒大小的執行緒池，然後我們又生成了10個任務，往任務佇列裡放。由於執行緒數小於任務數，所以當每個執行緒都拿到自己的任務時，任務佇列中還有5個任務待處理，然後有些執行緒處理完自己的任務了，又去佇列裡取任務，直到所有任務被處理完了，迴圈結束，銷毀執行緒池，退出程式。

完整的執行緒池框架和測試例子在我的github。

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併發程式設計之執行緒池

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併發程式設計之執行緒池，程序池

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