【Linux】多线程_9

news2024/11/25 0:59:55

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  • 九、多线程
    • 10. 线程池
  • 未完待续

九、多线程

10. 线程池

这里我没实现一些 懒汉单例模式 的线程池，并且包含 日志打印 的线程池：
Makefile：

threadpool:Main.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11 -lpthread
.PHONY:clean
clean:
	rm -f threadpool

Thread.hpp：

#ifndef __THREAD_HPP__
#define __THREAD_HPP__

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <functional>
#include <pthread.h>

namespace ThreadModule
{
    // 类型别名
    using func_t = std::function<void(std::string)>;

    // 线程类
    class Thread
    {
    public:
        void Excute()
        {
            _func(_threadname);
        }
    public:
        Thread(func_t func, std::string name = "none-name")
            :_func(func)
            ,_threadname(name)
            ,_stop(true)
        {}

        // 执行任务
        static void *threadroutine(void *args)
        {
            Thread *self = static_cast<Thread*>(args);
            self->Excute();
            return nullptr;
        }

        // 启动线程
        bool Start()
        {
            int n = pthread_create(&_tid, nullptr, threadroutine, this);
            if(!n)
            {
                _stop = false;
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }

        // 停止线程
        void Detach()
        {
            if(!_stop)
            {
                pthread_detach(_tid);
            }
        }

        // 等待线程结束
        void Join()
        {
            if(!_stop)
            {
                pthread_join(_tid, nullptr);
            }
        }

        std::string name()
        {
            return _threadname;
        }

        void Stop()
        {
            _stop = true;
        }

        ~Thread()
        {}
    private:
        pthread_t _tid;
        std::string _threadname;
        func_t _func;
        bool _stop;
    };
}

#endif

LockGuard.hpp：

#ifndef __LOCK_GUARD_HPP__
#define __LOCK_GUARD_HPP__

#include <iostream>
#include <pthread.h>

class LockGuard
{
public:
    // 构造函数加锁
    LockGuard(pthread_mutex_t *mutex)
        :_mutex(mutex)
    {
        pthread_mutex_lock(_mutex);
    }

    // 析构函数解锁
    ~LockGuard()
    {
        pthread_mutex_unlock(_mutex);
    }
private:
    pthread_mutex_t *_mutex;
};

#endif

Log.hpp：

#pragma once

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cstdio>
#include <string>
#include <ctime>
#include <cstdarg>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "LockGuard.hpp"

// 宏定义，用于定义日志格式
#define LOG(level, format, ...) do{LogMessage(__FILE__, __LINE__, gIsSave, level, format, ##__VA_ARGS__);}while (0)
// 将日志输入到文件
#define EnableFile() do{gIsSave = true;}while (0)
// 将日志输出到显示器
#define EnableScreen() do{gIsSave = false;}while (0)

bool gIsSave = false;
// 日志文件名
const std::string logname = "log.txt";

// 枚举日志级别
enum Level
{
    DEBUG = 0,
    INFO,
    WARNING,
    ERROR,
    FATAL
};

// 保存日志到文件
void SaveFile(const std::string &filename, const std::string &message)
{
    std::ofstream out(filename, std::ios::app);
    if (!out.is_open())
    {
        return;
    }
    out << message;
    out.close();
}

// 日志级别转字符串
std::string LevelToString(int level)
{
    switch (level)
    {
    case DEBUG:
        return "Debug";
    case INFO:
        return "Info";
    case WARNING:
        return "Warning";
    case ERROR:
        return "Error";
    case FATAL:
        return "Fatal";
    default:
        return "Unknown";
    }
}

// 获取当前时间字符串
std::string GetTimeString()
{
    time_t curr_time = time(nullptr);
    struct tm *format_time = localtime(&curr_time);
    if (format_time == nullptr)
        return "None";
    char time_buffer[1024];
    snprintf(time_buffer, sizeof(time_buffer), "%d-%d-%d %d:%d:%d",
             format_time->tm_year + 1900,
             format_time->tm_mon + 1,
             format_time->tm_mday,
             format_time->tm_hour,
             format_time->tm_min,
             format_time->tm_sec);
    return time_buffer;
}

// 日志锁，同一时刻只能写一个日志
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

// 日志信息
void LogMessage(std::string filename, int line, bool issave, int level, const char *format, ...)
{
    // 日志级别
    std::string levelstr = LevelToString(level);
    // 时间
    std::string timestr = GetTimeString();
    // 进程id
    pid_t selfid = getpid();

    // 日志内容
    char buffer[1024];
    va_list arg;
    va_start(arg, format);
    vsnprintf(buffer, sizeof(buffer), format, arg);
    va_end(arg);

    // 日志格式化
    std::string message = "[" + timestr + "]" + "[" + levelstr + "]" +
                          "[" + std::to_string(selfid) + "]" +
                          "[" + filename + "]" + "[" + std::to_string(line) + "] " + buffer + "\n";
    LockGuard lockguard(&lock);

    // 输出日志
    if (!issave)
    {
        std::cout << message;
    }
    else
    {
        SaveFile(logname, message);
    }
}

Task.hpp：

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>

class Task
{
public:
    Task()
    {}

    Task(int a, int b)
        :_a(a)
        ,_b(b)
        ,_result(0)
    {}

    // 执行加法功能
    void Excute()
    {
        _result = _a + _b;
    }

    // 结果
    std::string ResultToString()
    {
        return std::to_string(_a) + "+" + std::to_string(_b) + "=" + std::to_string(_result);
    }

    // 问题
    std::string DebugToString()
    {
        return std::to_string(_a) + "+" + std::to_string(_b) + "= ?";
    }

    // 重载（）运算符
    void operator()()
    {
        Excute();
    }
private:
    int _a;
    int _b;
    int _result;
};

ThreadPool.hpp：

#pragma once

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <pthread.h>
#include "Log.hpp"
#include "Thread.hpp"
#include "LockGuard.hpp"

using namespace ThreadModule;

// 线程池默认线程数
const static int gdefaultthreadnum = 10;

template <typename T>
class ThreadPool
{
private:
    // 线程互斥锁
    void LockQueue()
    {
        pthread_mutex_lock(&_mutex);
    }

    // 线程互斥解锁
    void UnlockQueue()
    {
        pthread_mutex_unlock(&_mutex);
    }

    // 线程等待
    void ThreadSleep()
    {
        pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
    }

    // 线程唤醒
    void ThreadWakeup()
    {
        pthread_cond_signal(&_cond);
    }

    // 唤醒全部线程
    void ThreadWakeupAll()
    {
        pthread_cond_broadcast(&_cond);
    }

    // 私有构造函数
    ThreadPool(int threadnum = gdefaultthreadnum)
        :_threadnum(threadnum)
        ,_waitnum(0)
        ,_isrunning(false)
    {
        // 初始化锁
        pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr);
        pthread_cond_init(&_cond, nullptr);
        // 日志
        LOG(INFO, "ThreadPool Construct()");
    }

    // 初始化线程池
    void InitThreadPool()
    {
        // 创建一批线程
        for (int num = 0; num < _threadnum; num++)
        {
            std::string name = "thread-" + std::to_string(num + 1);
            _threads.emplace_back(std::bind(&ThreadPool::HandlerTask, this, std::placeholders::_1), name);
            // 日志
            LOG(INFO, "init thread %s done", name.c_str());
        }
        _isrunning = true;
    }

    // 启动线程池
    void Start()
    {
        for (auto &thread : _threads)
        {
            thread.Start();
        }
    }

    // 任务处理函数
    void HandlerTask(std::string name) // 类的成员方法，也可以成为另一个类的回调方法，方便我们继续类级别的互相调用！
    {
        // 日志
        LOG(INFO, "%s is running...", name.c_str());
        while (true)
        {
            // 加锁
            LockQueue();
            while (_task_queue.empty() && _isrunning)
            {
                _waitnum++;
                ThreadSleep();
                _waitnum--;
            }
            // 退出情况
            if (_task_queue.empty() && !_isrunning)
            {
                UnlockQueue();
                break;
            }
            // 取出任务
            T t = _task_queue.front();
            _task_queue.pop();
            UnlockQueue();
            // 日志
            LOG(DEBUG, "%s get a task", name.c_str());
            // 执行任务
            t();
            // 日志
            LOG(DEBUG, "%s handler a task, result is: %s", name.c_str(), t.ResultToString().c_str());
        }
    }

    // 禁用拷贝构造和赋值操作
    ThreadPool<T> &operator=(const ThreadPool<T> &) = delete;
    ThreadPool(const ThreadPool<T> &) = delete;
public:
    static ThreadPool<T> *GetInstance()
    {
        // 首次使用时，创建线程池单例
        if (nullptr == _instance)
        {
            // 对于多线程创建单例时加锁，保证线程安全
            LockGuard lockguard(&_lock);
            if (nullptr == _instance)
            {
                // 创建线程池实例
                _instance = new ThreadPool<T>();
                _instance->InitThreadPool();
                _instance->Start();
                LOG(DEBUG, "创建线程池单例");
                return _instance;
            }
        }
        // 已经创建过线程池单例，直接返回
        LOG(DEBUG, "获取线程池单例");
        return _instance;
    }

    // 停止线程池
    void Stop()
    {
        LockQueue();
        _isrunning = false;
        ThreadWakeupAll();
        UnlockQueue();
    }
    
    // 等待线程池退出
    void Wait()
    {
        for (auto &thread : _threads)
        {
            thread.Join();
            LOG(INFO, "%s is quit...", thread.name().c_str());
        }
    }

    // 向线程池中添加任务
    bool Enqueue(const T &t)
    {
        bool ret = false;
        LockQueue();
        if (_isrunning)
        {
            _task_queue.push(t);
            if (_waitnum > 0)
            {
                ThreadWakeup();
            }
            LOG(DEBUG, "enqueue task success");
            ret = true;
        }
        UnlockQueue();
        return ret;
    }
    
    // 析构自动释放锁资源
    ~ThreadPool()
    {
        pthread_mutex_destroy(&_mutex);
        pthread_cond_destroy(&_cond);
    }
private:
    // 线程池中线程个数
    int _threadnum;
    // 线程
    std::vector<Thread> _threads;
    // 任务队列
    std::queue<T> _task_queue;
    // 互斥锁
    pthread_mutex_t _mutex;
    // 条件变量
    pthread_cond_t _cond;

    // 等待线程数
    int _waitnum;
    // 线程池是否运行
    bool _isrunning;

    // 线程池单例
    static ThreadPool<T> *_instance;
    // 全局锁
    static pthread_mutex_t _lock;
};

// 初始化静态变量
template <typename T>
ThreadPool<T> *ThreadPool<T>::_instance = nullptr;

// 全局锁
template <typename T>
pthread_mutex_t ThreadPool<T>::_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

Main.cc：

#include "ThreadPool.hpp"
#include "Task.hpp"
#include "Log.hpp"
#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <ctime>

int main()
{
    // 日志
    LOG(DEBUG, "程序已经加载");
    sleep(2);
    // 创建线程池单例
    ThreadPool<Task>::GetInstance();
    sleep(2);
    // 获取单例
    ThreadPool<Task>::GetInstance();
    sleep(2);

    ThreadPool<Task>::GetInstance();
    sleep(2);

    ThreadPool<Task>::GetInstance();
    sleep(2);

    // 等待线程结束
    ThreadPool<Task>::GetInstance()->Wait();
    sleep(2);

    return 0;
}

结果演示：
在这里插入图片描述

未完待续

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&#xff08;大家好&#xff0c;今天我们将继续来学习CSS的相关知识&#xff0c;大家可以在评论区进行互动答疑哦~加油&#xff01;&#x1f495;&#xff09; 目录 一、前述 二、案例分析 1.样例参看 2.拆分分析 三、案例实施 一、前述 案例&#xff1a;快报模块头部制…
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微信小程序基本语法

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官网 https://developers.weixin.qq.com/miniprogram/dev/framework/ 视频教程&#xff1a;尚硅谷微信小程序开发教程&#xff0c;2024最新微信小程序项目实战&#xff01; 仿慕尚花坊项目源码&#xff1a;https://gitee.com/abcdfdewrw/flower-workshop 目录 一&#xff0c;初…
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热门软件缺陷管理工具2024：专业评测与建议

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国内外主流的10款软件缺陷管理工具软件对比&#xff1a;PingCode、Worktile、禅道、Tapd、Teambition、Tower、JIRA、Bugzilla、MantisBT、Trac。 在软件开发过程中&#xff0c;管理缺陷和漏洞常常成为一项挑战&#xff0c;尤其是在项目规模庞大时。选择一个高效的软件缺陷管理…
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C#实现自定义标签的设计和打印

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背景：最近在进行资产盘点的时候，需要对固定资产设计标签并进行打印。 设计标签：选用的是Fastreport自带的，可拆包忌用的标签设计器；进行标签的模型设计。 软件解压后可直接进行使用。模板的设计基本都是无脑操作，拖拽控件按，放置到固定未知即可；我设计的模板如下： 说…
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