文章目录
- 前言
- 一、懒汉方式
- 1.普通模式
- 1.线程安全模式
- 二、源代码
- 1.Task.hpp(要执行的任务)
- 2.ThreadPool.hpp(线程池)
- 3.Main.cpp
前言
`
线程池:
一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。
- 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。 WEB服务器完成网页请求这样的任务，使用线程池技 术是非常合适的。因为单个任务小，而任务数量巨大，你可以想象一个热门网站的点击次数。 但对于长时间的任务，比如一个 Telnet连接请求，线程池的优点就不明显了。因为Telnet会话时间比线程的创建时间大多了。
- 对性能要求苛刻的应用，比如要求服务器迅速响应客户请求。
- 接受突发性的大量请求，但不至于使服务器因此产生大量线程的应用。突发性大量客户请求，在没有线程池情 况下，将产生大量线程，虽然理论上大部分操作系统线程数目最大值不是问题，短时间内产生大量线程可能使内存到达极限， 出现错误.
一、懒汉方式
1.普通模式
懒汉方式实现单例模式
template <typename T>
class Singleton {
static T* inst;
public:
static T* GetInstance() {
if (inst == NULL) {
inst = new T();
}
return inst;
}
};
1.线程安全模式
存在一个严重的问题, 线程不安全.
第一次调用 GetInstance 的时候, 如果两个线程同时调用, 可能会创建出两份 T 对象的实例.
但是后续再次调用, 就没有问题了.
// 懒汉模式, 线程安全
template <typename T>
class Singleton {
volatile static T* inst; // 需要设置 volatile 关键字, 否则可能被编译器优化.
static std::mutex lock;
public:
static T* GetInstance() {
if (inst == NULL) { // 双重判定空指针, 降低锁冲突的概率, 提高性能.
lock.lock(); // 使用互斥锁, 保证多线程情况下也只调用一次 new.
if (inst == NULL) {
inst = new T();
}
lock.unlock();
}
return inst;
}
};
注意事项:
1. 加锁解锁的位置
2. 双重 if 判定, 避免不必要的锁竞争
3. volatile关键字防止过度优化
二、源代码
1.Task.hpp(要执行的任务)
可根据自己的需求修改要执行的任务，这里我们以进行两个数的加减乘除为例子
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
std::string opers = "+-*/%";//运算符号
enum//返回值
{
DivZero = 1,
ModZero,
Unknown
};
class Task
{
public:
Task()
{
}
Task(int x, int y, char op) : data1_(x), data2_(y), oper_(op), result_(0), exitcode_(0)
{
}
void run()
{
switch (oper_)
{
case '+':
result_ = data1_ + data2_;
break;
case '-':
result_ = data1_ - data2_;
break;
case '*':
result_ = data1_ * data2_;
break;
case '/':
{
if (data2_ == 0)
exitcode_ = DivZero;
else
result_ = data1_ / data2_;
}
break;
case '%':
{
if (data2_ == 0)
exitcode_ = ModZero;
else
result_ = data1_ % data2_;
}
break;
default:
exitcode_ = Unknown;
break;
}
}
void operator()()//直接使用仿函数，调用run方法
{
run();
}
std::string GetResult()
{
std::string r = std::to_string(data1_);
r += oper_;
r += std::to_string(data2_);
r += "=";
r += std::to_string(result_);
r += "[code: ";
r += std::to_string(exitcode_);
r += "]";
return r;
}
std::string GetTask()
{
std::string r = std::to_string(data1_);
r += oper_;
r += std::to_string(data2_);
r += "=?";
return r;
}
~Task()
{
}
private:
int data1_;
int data2_;
char oper_;
int result_;
int exitcode_;
};
2.ThreadPool.hpp(线程池)
#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <queue>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
struct ThreadInfo//线程信息
{
pthread_t tid;
std::string name;
};
static const int defalutnum = 5;//默认创建线程个数
template <class T>
class ThreadPool
{
public:
void Lock()
{
pthread_mutex_lock(&mutex_);
}
void Unlock()
{
pthread_mutex_unlock(&mutex_);
}
void Wakeup()
{
pthread_cond_signal(&cond_);
}
void ThreadSleep()
{
pthread_cond_wait(&cond_, &mutex_);
}
bool IsQueueEmpty()
{
return tasks_.empty();
}
std::string GetThreadName(pthread_t tid)
{
for (const auto &ti : threads_)
{
if (ti.tid == tid)
return ti.name;
}
return "None";
}
public:
static void *HandlerTask(void *args)
//这里需要用静态函数，因为在类中默认隐藏一个this指针
{
//这里传args直接把ThreadPool这个类传入进来进行操作
//这样既能访问类中的方法也能符合传入的参数个数为1个的规则
ThreadPool<T> *tp = static_cast<ThreadPool<T> *>(args);
std::string name = tp->GetThreadName(pthread_self());
while (true)
{
tp->Lock();
while (tp->IsQueueEmpty())
//循环判断，防止线程的伪唤醒
{
tp->ThreadSleep();
}
T t = tp->Pop();
tp->Unlock();
t();//直接调用任务的处理方法（仿函数）
std::cout << name << " run, "
<< "result: " << t.GetResult() << std::endl;
}
}
void Start()//启动线程池
{
int num = threads_.size();
for (int i = 0; i < num; i++)
{
//创建线程并且给线程池命名
threads_[i].name = "thread-" + std::to_string(i + 1);
pthread_create(&(threads_[i].tid), nullptr, HandlerTask, this);
}
}
T Pop()
{
T t = tasks_.front();
tasks_.pop();
return t;
}
void Push(const T &t)
{
Lock();
tasks_.push(t);
Wakeup();//队列中有了数据
//可能在之前任务为空的时候有线程进入了休眠
//所以放入任务后，进行一次唤醒操作
Unlock();
}
static ThreadPool<T> *GetInstance()
{
if (nullptr == tp_)
// 双重判定空指针, 降低锁冲突的概率, 提高性能.
{
pthread_mutex_lock(&lock_);
//这个lock_锁为静态成员
if (nullptr == tp_)
{
std::cout << "log: singleton create done first!" << std::endl;
tp_ = new ThreadPool<T>();
}
pthread_mutex_unlock(&lock_);
}
return tp_;
}
private:
//因为为懒汉单例模式，只有一个ThreadPool类，所以为了避免
//冲突，把构造函数，拷贝构造函数都设置成私有禁用
ThreadPool(int num = defalutnum) : threads_(num)
{
pthread_mutex_init(&mutex_, nullptr);
pthread_cond_init(&cond_, nullptr);
}
~ThreadPool()
{
pthread_mutex_destroy(&mutex_);
pthread_cond_destroy(&cond_);
}
ThreadPool(const ThreadPool<T> &) = delete;
const ThreadPool<T> &operator=(const ThreadPool<T> &) = delete; // a=b=c
private:
std::vector<ThreadInfo> threads_;
std::queue<T> tasks_;
pthread_mutex_t mutex_;
pthread_cond_t cond_;
static ThreadPool<T> *tp_;//懒汉单例模式所创建的
//唯一的ThreadPool类
static pthread_mutex_t lock_;
//静态方法只能访问类中的静态成员，所以还需要一个静态锁在
//获取这个对象的时候使用(GetInstance)
};
//静态成员在类外进行初始化
template <class T>
ThreadPool<T> *ThreadPool<T>::tp_ = nullptr;
template <class T>
pthread_mutex_t ThreadPool<T>::lock_ = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
3.Main.cpp
#include <iostream>
#include <ctime>
#include "ThreadPool.hpp"
#include "Task.hpp"
pthread_spinlock_t slock;
int main()
{
std::cout << "process runn..." << std::endl;
sleep(3);
//GetInstance()获取单例对象
ThreadPool<Task>::GetInstance()->Start();
srand(time(nullptr) ^ getpid());
while(true)
{
//1. 构建任务
int x = rand() % 10 + 1;
usleep(10);
int y = rand() % 5;
char op = opers[rand()%opers.size()];
Task t(x, y, op);
ThreadPool<Task>::GetInstance()->Push(t);
//2. 交给线程池处理
std::cout << "main thread make task: " << t.GetTask() << std::endl;
sleep(1);
}
}
