_Linux (线程池)

news2024/10/3 4:40:26

文章目录

  • 线程池概述：
  • 线程池示例：
    • 代码细节
    • 代码
    • 结果展示

线程池概述：

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：

    1. 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。
    1. 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。
    1. 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.

线程池示例：

    1. 创建固定数量线程池，循环从任务队列中获取任务对象，
    1. 获取到任务对象后，执行任务对象中的任务接口

代码细节

  • 线程创建和等待封装
    在这里插入图片描述
  • 日志封装
    • to_string: 可以把数字转换为字符串
    • _c++11(可变参数模板)
      在这里插入图片描述
  • 内存池–执行任务
  • 执行任务我们知道创建线程时需要传void*类型的函数（我们执行任务）它只有一个参数；我们需要在类内设置成静态函数（去掉this指针）；而内存池的this的this指针提高args传参
int pthread_create(pthread_t *__restrict__ __newthread, const pthread_attr_t *__restrict__ __attr, void *(*__start_routine)(void *), void *__restrict__ __arg)

在这里插入图片描述

  • 类内成员变量访问我们通过类成员函数就可以了
    在这里插入图片描述

  • 执行任务和发布任务（线程池本质也是一个生产消费模型）我们此次需要条件变量和线程锁来保证线程安全（同步与互斥关系）

  • 锁封装时保证这一把锁是一个就可以了（指针或者引用都可以）
    在这里插入图片描述

代码

  • 线程锁封装

LockGuard.hpp

#pragma once
//  线程锁封装
#include <iostream>
#include <pthread.h>

class Mutex
{
public:
    Mutex(pthread_mutex_t* mtx):_mtx(mtx)
    {}
    void lock()
    {
        //std::cout << "要进行加锁" << std::endl;
        pthread_mutex_lock(_mtx);
    }
    void unlock()
    {
        //std::cout << "要进行解锁" << std::endl;
        pthread_mutex_unlock(_mtx);
    }
    ~Mutex()
    {}
public:
    pthread_mutex_t* _mtx;
};

// RAII风格的加锁方式
class LockGuard
{
public:
    LockGuard(pthread_mutex_t* mtx):_mx(mtx)
    {
        _mx.lock();
    }
    ~LockGuard()
    {
        _mx.unlock();
    }

private:
    Mutex _mx;    
};
  • 日志
    Log.hpp
#pragma once

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdarg>
#include <ctime>
#include <string>

using std::cout;
using std::endl;
using std::string;

// 日志是有日志级别的
#define DEBUG 0   //  调试
#define NORMAL 1  //  正常
#define WARNING 2 //  警告
#define ERROR 3   //  错误
#define FATAL 4   //  致命错误

static const size_t BUFFER_NUM = 1024;
const char *gLevelMap[] = {
    "DEBUG",
    "NORMAL",
    "WARNING",
    "ERROR",
    "FATAL"};

// 完整的日志功能，至少: 日志等级 时间 支持用户自定义(日志内容, 文件行，文件名)
void LogMessage(int level, const char *format, ...)
{
    char stdBuffer[BUFFER_NUM]; // 标准部分
    const time_t timestamp = time(nullptr);
    struct tm *L_Time = localtime(&timestamp);
    string time;
    time += "日期-时间:" + std::to_string(L_Time->tm_year+1900) + "/" + std::to_string(L_Time->tm_mon) + "/" + std::to_string(L_Time->tm_mday) + "-" + std::to_string(L_Time->tm_hour) + ":" + std::to_string(L_Time->tm_min) + ":" + std::to_string(L_Time->tm_sec);
    std::to_string(L_Time->tm_sec);
    snprintf(stdBuffer, sizeof stdBuffer, "[%s][%s]",
             gLevelMap[level], time.c_str());

    char logBuffer[BUFFER_NUM]; // 自定义部分
    va_list args;
    va_start(args, format);
    vsnprintf(logBuffer, sizeof logBuffer, format, args);
    va_end(args);

    printf("%s%s\n", stdBuffer, logBuffer);
}
  • 任务（封装）
    Task.hpp
#pragma once
//  制作任务（封装）

#include "thread.hpp"
#include "Log.hpp"
using func_t = std::function<int(int, int)>;

class Task
{
public:
    Task() {}                                                   // 便于获取任务
    Task(int x, int y, func_t func) : _x(x), _y(y), _func(func) // 制作任务
    {
    }

    int operator()(string name) // 仿函数
    {
        //cout << "名字：" << name << "结果：" << _x << '*' << _y << '=' << _func(_x, _y) << endl;
    LogMessage(NORMAL, "%s处理完成: %d*%d=%d | %s | %d",
            name.c_str(), _x, _y, _func(_x, _y), __FILE__, __LINE__);
    }

public:
    int _x;
    int _y;
    func_t _func;
};
  • 多线程封装
    thread.hpp
#pragma once

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

using std::cout;
using std::endl;
using std::string;

static const size_t NAME_NUM = 1024;
typedef void*(*fun_t)(void*);   

class ThreadDate
{
public:
    void *_args;
    string _name;
};

class Thread
{
public:
    Thread(int num, fun_t callback, void *args) : _func(callback)
    {
        char nameBuffer[NAME_NUM];
        snprintf(nameBuffer, sizeof nameBuffer, "Thread-%d", num);

        _tdata._name = nameBuffer;
        _tdata._args = args;
    }
    void start() //  创造线程
    {
        pthread_create(&_tid, nullptr, _func, (void *)&_tdata);
    }
    void join() //  等待线程
    {
        pthread_join(_tid, nullptr);
    }
    string &name() //  线程名字
    {
        return _tdata._name;
    }

private:
    fun_t _func;
    ThreadDate _tdata;
    pthread_t _tid;
};
  • 线程池封装
    threadPool.hpp
#pragma once

#include <vector>
#include <queue>
#include <thread>
#include "thread.hpp"
#include "LockGuard.hpp"
#include "Log.hpp"

static const size_t g_thread_num = 4;
template <class T>
class ThreadPool
{
public:
    pthread_mutex_t *getMutex()
    {
        return &_lock;
    }
    bool isEmpty()
    {
        return _taskQueue.empty();
    }
    void waitCond()
    {
        pthread_cond_wait(&_cond, &_lock);
    }
    T getTask()
    {
        T t = _taskQueue.front();
        _taskQueue.pop();
        return t;
    }

public:
    ThreadPool(int threadNum = g_thread_num)
    {
        //  初始化
        pthread_mutex_init(&_lock, nullptr);
        pthread_cond_init(&_cond, nullptr);

        for (size_t i = 1; i <= threadNum; ++i)
        {
            _threads.push_back(new Thread(i, Routine, this));
        }
    }
    void run()
    {
        for (auto &iter : _threads)
        {
            iter->start();
            // std::cout << iter->name() << " 启动成功" << std::endl;
            LogMessage(NORMAL, "%s: 启动成功 | %s | %d", iter->name().c_str(), __FILE__, __LINE__);
        }
    }
    // void joins() // 测试
    // {
    //     for (auto &iter : _threads)
    //     {
    //         iter->join();
    //     }
    // }
    static void *Routine(void *args) // 消费过程
    {
        ThreadDate *td = (ThreadDate *)args;
        ThreadPool<T> *tp = (ThreadPool<T> *)td->_args; //  类this指针
        while (true)
        {
            T task;
            {
                LockGuard LockGuard(tp->getMutex()); //  上锁
                while (tp->isEmpty())
                    tp->waitCond();   // 条件变量
                task = tp->getTask(); // 任务队列是共享的-> 将任务从共享，拿到自己的私有空间
            }                         //  局部变量出作用域解锁
            task(td->_name);          //  仿函数执行任务
        }
    }

    //  生产过程
    void PushTask(const T &task)
    {
        LockGuard LockGuard(&_lock);
        _taskQueue.push(task);       //  私有->公有
        pthread_cond_signal(&_cond); //  唤醒Routine 开始执行任务
    }

    ~ThreadPool()
    {
        for (auto &iter : _threads)
        {
            iter->join();
            delete iter;
        }
        pthread_mutex_destroy(&_lock);
        pthread_cond_destroy(&_cond);
    }

private:
    std::vector<Thread *> _threads;
    std::queue<T> _taskQueue;

    // 线程池本质也是一个生产消费模型
    pthread_mutex_t _lock;
    pthread_cond_t _cond;
};
  • 主函数测试
#include <unistd.h>
#include <ctime>
#include "threadPool.hpp"
#include "Task.hpp"
int main()
{
    srand((u_int64_t)time(nullptr) ^ getpid() ^ 2023210); // 随机数种子
    ThreadPool<Task> *tp = new ThreadPool<Task>();
    tp->run();

    while (true)
    {
        // 生产的过程，制作任务的时候，要花时间
        int x = rand() % 100 + 1;
        usleep(2023);
        int y = rand() % 210 + 1;
        Task t(x, y, [](int x, int y) //  lambda
               { return x * y; });

        // cout << "制作任务完成: " << x << "*" << y << "=?" << endl;
        LogMessage(WARNING, "制作任务完成: %d+%d=?  | %s | %d", x, y, __FILE__, __LINE__);

        // 推送任务到线程池中
        tp->PushTask(t); // 超市-> 私有-》共有
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

结果展示

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