本项目是基于C++11的线程池。使用了许多C++的新特性，包含不限于模板函数泛型编程、std::future、std::packaged_task、std::bind、std::forward完美转发、std::make_shared智能指针、decltype类型推断、std::unique_lock锁等C++11新特性功能。

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本项目有一定的上手难度。推荐参考系列文章

C++11实用技术（一）auto与decltype的使用

C++11实用技术（二）std::function和bind绑定器

C++11实用技术（三）std::future、std::promise、std::packaged_task、async

C++ operator关键字的使用（重载运算符、仿函数、类型转换操作符）

右值引用以及move移动语义和forward 完美转发

C++标准库中的锁lock_guard、unique_lock、shared_lock、scoped_lock、recursive_mutex

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代码结构

本项目线程池功能分以下几个函数去实现：

threadpool.init(isize_t num);设置线程的数量
threadpool::get(TaskFuncPtr& task);读取任务队列中的任务
threadpool::run();通过get()读取任务并执行
threadpool.start(); 启动线程池，并通过run()执行任务
threadpool.exec();封装任务到任务队列中
threadpool.waitForAllDone();等待所有任务执行完成
threadpool.stop();分离线程，释放内存

threadpool.init

init的功能是初始化线程池，主要是设置线程的数量到类的成员变量中。

bool ZERO_ThreadPool::init(size_t num)
{
	std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);

	if (!threads_.empty())
	{
		return false;
	}

	threadNum_ = num;
	return true;
}

threadNum_：保存线程的数量，在init函数中被赋值

此处使用unique_lock或lock_guard的加锁方式都能实现自动加锁和解锁。但是unique_lock可以进行临时解锁和再上锁，而lock_guard不行，特殊情况下还是必须使用unique_lock（用到条件变量的情况）。（lock_guard比较简单，相对来说性能要好一点）

threadpool::get

从任务队列中获取获取任务，这里其实就是我们的消费者模块。

bool ZERO_ThreadPool::get(TaskFuncPtr& task)
{
	std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
	if (tasks_.empty()) //判断任务是否存在
	{
		//要终止线程池   bTerminate_设置为true,任务队列不为空
		condition_.wait(lock, [this] { return bTerminate_ || !tasks_.empty(); });
	}
	if (bTerminate_)
		return false;
	if (!tasks_.empty())
	{
		task = std::move(tasks_.front());  // 使用了移动语义
		tasks_.pop(); //释放资源，释放一个任务
		return true;
	}
	return false;
}

• 条件变量condition_.wait(lock, [this] { return bTerminate_ || !tasks_.empty(); });是需要一直等待条件完成才退出。即任务终止，或者任务队列不为空时，就会退出条件变量的阻塞状态，继续执行下面的逻辑。

• task = std::move(tasks_.front()); 使用了移动语义，将 tasks_.front() 的内容移动到了 task 中。可以减少内容拷贝。移动完之后tasks_.front() 的内容会变为未指定的状态，所以直接pop掉就好了。

threadpool::run

这里是运行我们的任务部分。包括调用get在任务队列中获取任务，以及执行任务。

void ZERO_ThreadPool::run()  // 执行任务的线程
{
	//调用处理部分
	while (!isTerminate()) // 判断是不是要停止
	{
		TaskFuncPtr task;
		bool ok = get(task);        // 读取任务
		if (ok)
		{
			++atomic_;
			try
			{
				if (task->_expireTime != 0 && task->_expireTime < TNOWMS)
				{//如果设置了超时，并且超时了，就需要执行本逻辑
				//超时任务，本代码未实现，有需要可实现在此处
				}
				else
				{
					task->_func();  // 执行任务
				}
			}
			catch (...)
			{
			}
			--atomic_;
			}
		}
	}
}

atomic_：运行一个任务，该参数+1；执行完毕，该参数-1。这里是为了待会停止线程池时判断是否还有运行中的任务（未完成的线程）。

threadpool.start

创建线程，并把线程池存入vector中，后面释放线程池时，好一一释放线程。

bool ZERO_ThreadPool::start()
{
	std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
	if (!threads_.empty())
	{
		return false;
	}
	for (size_t i = 0; i < threadNum_; i++)
	{
		threads_.push_back(new thread(&ZERO_ThreadPool::run, this));
	}
	return true;
}

threads_.push_back(new thread(&ZERO_ThreadPool::run, this));创建线程，线程的回调函数为run。

threadpool.exec

exec是将我们的任务存入任务队列中，这段代码是本项目最难的，用了很多C++的新特性。

/*
	template <class F, class... Args>
	它是c++里新增的最强大的特性之一，它对参数进行了高度泛化，它能表示0到任意个数、任意类型的参数
	auto exec(F &&f, Args &&... args) -> std::future<decltype(f(args...))>
	std::future<decltype(f(args...))>：返回future，调用者可以通过future获取返回值
	返回值后置
	*/
	template <class F, class... Args>
	auto exec(int64_t timeoutMs, F&& f, Args&&... args) -> std::future<decltype(f(args...))>//接受一个超时时间 `timeoutMs`，一个可调用对象 `f` 和其它参数 `args...`，并返回一个 `std::future` 对象，该对象可以用于获取任务执行的结果。
	{
		int64_t expireTime = (timeoutMs == 0 ? 0 : TNOWMS + timeoutMs);  // 根据超时时间计算任务的过期时间 `expireTime`，如果超时时间为 0，则任务不会过期。
		//定义返回值类型
		using RetType = decltype(f(args...));  // 使用 `decltype` 推导出 `f(args...)` 的返回值类型，并将其定义为 `RetType`(这里的using和typedef功能一样，就是为一个类型起一个别名)。
		// 封装任务 使用 `std::packaged_task` 将可调用对象 `f` 和其它参数 `args...` 封装成一个可执行的函数，并将其存储在一个 `std::shared_ptr` 对象 `task` 中。
		auto task = std::make_shared<std::packaged_task<RetType()>>(std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...));

		TaskFuncPtr fPtr = std::make_shared<TaskFunc>(expireTime);  // 封装任务指针，设置过期时间 创建一个 `TaskFunc` 对象，并将任务的过期时间 `expireTime` 传递给它。
		fPtr->_func = [task]() {  // 具体执行的函数 将封装好的任务函数存储在 `TaskFunc` 对象的 `_func` 成员中，该函数会在任务执行时被调用。
			(*task)();
		};

		std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
		tasks_.push(fPtr);              // 将任务插入任务队列中
		condition_.notify_one();        // 唤醒阻塞的线程，可以考虑只有任务队列为空的情况再去notify

		return task->get_future();; //返回一个 `std::future` 对象，该对象可以用于获取任务执行的结果。
	}

使用了可变参数模板函数。
tasks_：保存任务的队列
condition_.notify_one()：保存一个任务唤醒一个条件变量
std::future : 异步指向某个任务，然后通过future特性去获取任务函数的返回结果。
std::bind：将参数列表和函数绑定，生成一个新的可调用对象
std::packaged_task：将任务和feature绑定在一起的模板，是一种封装对任务的封装。

本函数用到了泛型编程模板函数，输入参数有3个：一个超时时间 timeoutMs，一个可调用对象 f 和参数 args...。采用返回值后置的方式返回一个std::future对象。这里采用返回值后置是为了方便使用decltype(f(args…)推导数据类型。

auto task = std::make_shared<std::packaged_task<RetType()>>(std::bind(std::forward(f), std::forward(args)…));是将我们传进来的任务函数和参数bind成一个对象，这个对象可以看作是一整个函数，其返回值就是RetType 类型，并且没有输入参数。所以用std::packaged_task<RetType()>这样的格式来打包封装。封装好的对象用智能指针（std::make_shared）来管理。

同时还要创建一个TaskFunc的对象，同样用智能指针管理，这个对象包括两项内容，一个就是超时时间，一个就是我们封装好的task对象。
通过TaskFuncPtr fPtr = std::make_shared(expireTime);和fPtr->_func = task {(*task)();};两条代码将这两项传进去。

最后会通过task->get_future()返回我们任务函数执行的结果返回值。

threadpool.waitForAllDone

等待所有任务执行完成。

bool ZERO_ThreadPool::waitForAllDone(int millsecond)
{
	std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
	if (tasks_.empty() && atomic_ == 0)
		return true;
	if (millsecond < 0)
	{
		condition_.wait(lock, [this] { return tasks_.empty() && atomic_ == 0; });
		return true;
	}
	else
	{
		return condition_.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(millsecond), [this] { return tasks_.empty() && atomic_ == 0; });
	}
}

使用条件变量来等待任务执行完成。支持超时执行功能。

此处unique_lock的使用是必须的: 条件变量condition_在wait时会进行unlock再进入休眠, lock_guard并无该操作接口

threadpool.stop

终止线程池。会调用waitForAllDone等待所有任务执行完成再终止。

void ZERO_ThreadPool::stop()
{
	{
		std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
		bTerminate_ = true;
		condition_.notify_all();
	}
	waitForAllDone();
	for (size_t i = 0; i < threads_.size(); i++)
	{
		if (threads_[i]->joinable())
		{
			threads_[i]->join();
		}
		delete threads_[i];
		threads_[i] = NULL;
	}
	std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
	threads_.clear();
}

通过join等线程执行完成后才返回。

主函数调用

class Test
{
public:
	int test(int i) {
		cout << _name << ", i = " << i << endl;
		Sleep(1000);
		return i;
	}
	void setName(string name) {
		_name = name;
	}
	string _name;
};
void test3() // 测试类对象函数的绑定
{
	ZERO_ThreadPool threadpool;
	threadpool.init(2);
	threadpool.start(); // 启动线程池
	Test t1;
	Test t2;
	t1.setName("Test1");
	t2.setName("Test2");
	auto f1 = threadpool.exec(std::bind(&Test::test, &t1, std::placeholders::_1), 10);
	auto f2 = threadpool.exec(std::bind(&Test::test, &t2, std::placeholders::_1), 20);
	cout << "t1 " << f1.get() << endl;
	cout << "t2 " << f2.get() << endl;
	threadpool.stop();
}
int main()
{
	test3(); // 测试类对象函数的绑定
	cout << "main finish!" << endl;
	return 0;
}

运行结果：

本项目完整代码下载地址基于C++11的线程池