C++ 线程池实现

news2025/1/4 20:04:56

思路

创建多个工作线程同时维护一个公共的任务队列, 任务队列非空时通过信号量唤醒阻塞等待的工作线程, 工作线程通过互斥锁互斥的从任务队列中取出任务, 然后执行任务

实现

信号量类

class sem {//封装信号量类
public:
    sem(int num = 0) {
        if (sem_init(&m_sem, 0, num) != 0) {
            throw std::exception();
        }
    }

    ~sem() {
        sem_destroy(&m_sem);
    }

    bool wait() {
        return sem_wait(&m_sem) == 0;
    }

    bool post() {
        return sem_post(&m_sem) == 0;
    }

private:
    sem_t m_sem;
};

互斥锁类

class locker {//封装互斥锁类
public:
    locker() {
        if (pthread_mutex_init(&m_mutex, NULL) != 0) {
            throw std::exception();
        }
    }

    ~locker() {
        pthread_mutex_destroy(&m_mutex);
    }

    bool lock() {
        return pthread_mutex_lock(&m_mutex) == 0;
    }

    bool unlock() {
        return pthread_mutex_unlock(&m_mutex) == 0;
    }

    pthread_mutex_t *get() {
        return &m_mutex;
    }

private:
    pthread_mutex_t m_mutex;
};

线程池类

template<class T>
class threadpool {//线程池类
public:
    threadpool(int thread_number, int max_request = 1000);

    ~threadpool();

    bool append(T *request);//向请求队列种添加请求任务

private:
    static void *worker(void *arg);//工作线程运行的函数: 不断从工作队列中取出任务并执行

    void run();

private:
    int m_thread_number;//线程池中的线程数
    int m_max_requests;//请求队列中允许的最大请求数
    pthread_t *m_threads;//线程ID数组，其大小为m_thread_number
    std::list<T *> m_workqueue;//存放请求任务的队列
    locker m_queuelocker;//保护请求队列的互斥锁
    sem m_queuestat;//是否有任务需要处理
    bool m_stop;//是否结束线程
};


template<class T>
threadpool<T>::threadpool(int thread_number, int max_request):m_thread_number(thread_number), m_max_requests(max_request), m_stop(false) {
    if (thread_number <= 0 || max_request <= 0)
        throw std::exception();
    m_threads = new pthread_t[m_thread_number];
    if (!m_threads)
        throw std::exception();
    for (int i = 0; i < thread_number; i++) {
        if (pthread_create(m_threads + i, nullptr, worker, this) != 0 || pthread_detach(m_threads[i]) != 0) {//创建子线程并将其从主线程种分离
            delete[]m_threads;
            throw std::exception();
        }
    }
}

template<class T>
threadpool<T>::~threadpool() {
    delete[] m_threads;
    m_stop = true;// 修改标记, 使工作线程退出
}

template<class T>
bool threadpool<T>::append(T *request) {
    m_queuelocker.lock();//互斥锁加锁
    if (m_workqueue.size() > m_max_requests) {
        m_queuelocker.unlock();//互斥锁解锁
        return false;
    }
    m_workqueue.push_back(request);
    m_queuelocker.unlock();//互斥锁解锁
    m_queuestat.post();//唤醒阻塞的工作线程
}

template<class T>
void *threadpool<T>::worker(void *arg) {
    threadpool<T> *pool = (threadpool<T> *) arg;
    pool->run();//线程池对象创建出的工作线程能访问该线程池对象的成员
    return pool;
}

template<class T>
void threadpool<T>::run() {//不断从工作队列中取出任务并执行
    while (!m_stop) {
        m_queuestat.wait();//等待唤醒
        m_queuelocker.lock();//互斥锁加锁
        if (m_workqueue.empty()) {
            m_queuelocker.unlock();//互斥锁解锁
            continue;
        }
        T *request = m_workqueue.front();
        m_workqueue.pop_front();
        m_queuelocker.unlock();//互斥锁解锁
        if (request)
            request->process();//执行当前请求任务
    }
}

测试任务类

class S {//用于测试的任务类
public:
    S(int v = 0) : id(v) {}

    void process() {//执行任务
        printf("cur thread_id: %d, cur task_id: %d\n", std::this_thread::get_id(), id);//输出当前线程id和当前任务对象的val成员
        fflush(stdout);//立即输出
        _sleep(500);//暂停0.5s
    }

private:
    int id;
};

测试代码

#include<bits/stdc++.h>
#include <semaphore.h>

using namespace std;


class sem {//封装信号量类
public:
    sem(int num = 0) {
        if (sem_init(&m_sem, 0, num) != 0) {
            throw std::exception();
        }
    }

    ~sem() {
        sem_destroy(&m_sem);
    }

    bool wait() {
        return sem_wait(&m_sem) == 0;
    }

    bool post() {
        return sem_post(&m_sem) == 0;
    }

private:
    sem_t m_sem;
};

class locker {//封装互斥锁类
public:
    locker() {
        if (pthread_mutex_init(&m_mutex, NULL) != 0) {
            throw std::exception();
        }
    }

    ~locker() {
        pthread_mutex_destroy(&m_mutex);
    }

    bool lock() {
        return pthread_mutex_lock(&m_mutex) == 0;
    }

    bool unlock() {
        return pthread_mutex_unlock(&m_mutex) == 0;
    }

    pthread_mutex_t *get() {
        return &m_mutex;
    }

private:
    pthread_mutex_t m_mutex;
};


template<class T>
class threadpool {//线程池类
public:
    threadpool(int thread_number, int max_request = 1000);

    ~threadpool();

    bool append(T *request);//向请求队列种添加请求任务

private:
    static void *worker(void *arg);//工作线程运行的函数: 不断从工作队列中取出任务并执行

    void run();

private:
    int m_thread_number;//线程池中的线程数
    int m_max_requests;//请求队列中允许的最大请求数
    pthread_t *m_threads;//线程ID数组，其大小为m_thread_number
    std::list<T *> m_workqueue;//存放请求任务的队列
    locker m_queuelocker;//保护请求队列的互斥锁
    sem m_queuestat;//是否有任务需要处理
    bool m_stop;//是否结束线程
};


template<class T>
threadpool<T>::threadpool(int thread_number, int max_request):m_thread_number(thread_number), m_max_requests(max_request), m_stop(false) {
    if (thread_number <= 0 || max_request <= 0)
        throw std::exception();
    m_threads = new pthread_t[m_thread_number];
    if (!m_threads)
        throw std::exception();
    for (int i = 0; i < thread_number; i++) {
        if (pthread_create(m_threads + i, nullptr, worker, this) != 0 || pthread_detach(m_threads[i]) != 0) {//创建子线程并将其从主线程种分离
            delete[]m_threads;
            throw std::exception();
        }
    }
}

template<class T>
threadpool<T>::~threadpool() {
    delete[] m_threads;
    m_stop = true;// 修改标记, 使工作线程退出
}

template<class T>
bool threadpool<T>::append(T *request) {
    m_queuelocker.lock();//互斥锁加锁
    if (m_workqueue.size() > m_max_requests) {
        m_queuelocker.unlock();//互斥锁解锁
        return false;
    }
    m_workqueue.push_back(request);
    m_queuelocker.unlock();//互斥锁解锁
    m_queuestat.post();//唤醒阻塞的工作线程
}

template<class T>
void *threadpool<T>::worker(void *arg) {
    threadpool<T> *pool = (threadpool<T> *) arg;
    pool->run();//线程池对象创建出的工作线程能访问该线程池对象的成员
    return pool;
}

template<class T>
void threadpool<T>::run() {//不断从工作队列中取出任务并执行
    while (!m_stop) {
        m_queuestat.wait();//等待唤醒
        m_queuelocker.lock();//互斥锁加锁
        if (m_workqueue.empty()) {
            m_queuelocker.unlock();//互斥锁解锁
            continue;
        }
        T *request = m_workqueue.front();
        m_workqueue.pop_front();
        m_queuelocker.unlock();//互斥锁解锁
        if (request)
            request->process();//执行当前请求任务
    }
}

class S {//用于测试的任务类
public:
    S(int v = 0) : id(v) {}

    void process() {//执行任务
        printf("cur thread_id: %d, cur task_id: %d\n", std::this_thread::get_id(), id);//输出当前线程id和当前任务对象的val成员
        fflush(stdout);//立即输出
        _sleep(500);//暂停0.5s
    }

private:
    int id;
};


int main() {
    threadpool<S> tp(3);//创建最大工作线程数为3的线程池
    for (int i = 0; i < 9; i++) {//执行9个测试任务
        tp.append(new S(i));
    }
    _sleep(1500);
}

运行结果如下(输出顺序非固定), 可以看出所有任务都被执行且3个工作线程都能执行任务

在这里插入图片描述

参考:
最新版Web服务器项目详解 - 03 半同步半反应堆线程池（下）

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