一、為何需要線程池

那么為什么我們需要線程池技術(shù)呢？多線程編程用的好好的，干嘛還要引入線程池這個東西呢？引入一個新的技術(shù)肯定不是為了裝酷，肯定是為了解決某個問題的，而服務(wù)端一般都是效率問題。

我們可以看到多線程提高了CPU的使用率和程序的工作效率，但是如果有大量的線程，就會影響性能，因為要大量的創(chuàng)建與銷毀，因為CPU需要在它們之間切換。線程池可以想象成一個池子，它的作用就是讓每一個線程結(jié)束后，并不會銷毀，而是放回到線程池中成為空閑狀態(tài)，等待下一個對象來使用。

二、C++中的線程池

但是讓人遺憾的是，C++并沒有在語言級別上支持線程池技術(shù)，總感覺C++委員會對多線程的支持像是猶抱琵琶半遮面的羞羞女一樣，無法完全的放開。

雖然無法從語言級別上支持，但是我們可以利用條件變量和互斥鎖自己實現(xiàn)一個線程池。這里就不得不啰嗦幾句，條件變量和互斥鎖就像兩把利劍，幾乎可以實現(xiàn)多線程技術(shù)中的大部分問題，不管是生產(chǎn)消費者模型，還是線程池，亦或是信號量，所以我們必須好好掌握好這兩個工具。

#ifndef _THREADPOOL_H
#define _THREADPOOL_H
#include <vector>
#include <queue>
#include <thread>
#include <iostream>
#include <condition_variable>
using namespace std;
 
const int MAX_THREADS = 1000; //最大線程數(shù)目
 
template <typename T>
class threadPool
{
public:
    threadPool(int number = 1);
    ~threadPool();
    bool append(T *task);
    //工作線程需要運行的函數(shù),不斷的從任務(wù)隊列中取出并執(zhí)行
    static void *worker(void *arg);
    void run();
 
private:
    //工作線程
    vector<thread> workThread;
    //任務(wù)隊列
    queue<T *> taskQueue;
    mutex mt;
    condition_variable condition;
    bool stop;
};
 
template <typename T>
threadPool<T>::threadPool(int number) : stop(false)
{
    if (number <= 0 || number > MAX_THREADS)
        throw exception();
    for (int i = 0; i < number; i++)
    {
        cout << "create thread：" << i << endl;
        workThread.emplace_back(worker, this);
    }
}
template <typename T>
inline threadPool<T>::~threadPool()
{
    {
        unique_lock<mutex> unique(mt);
        stop = true;
    }
    condition.notify_all();
    for (auto &wt : workThread)
        wt.join();
}
template <typename T>
bool threadPool<T>::append(T *task)
{
    //往任務(wù)隊列添加任務(wù)的時候，要加鎖，因為這是線程池，肯定有很多線程
    unique_lock<mutex> unique(mt);
    taskQueue.push(task);
    unique.unlock();
    //任務(wù)添加完之后，通知阻塞線程過來消費任務(wù)，有點像生產(chǎn)消費者模型
    condition.notify_one();
    return true;
}
template <typename T>
void *threadPool<T>::worker(void *arg)
{
    threadPool *pool = (threadPool *)arg;
    pool->run();
    return pool;
}
template <typename T>
void threadPool<T>::run()
{
    while (!stop)
    {
        unique_lock<mutex> unique(this->mt);
        //如果任務(wù)隊列為空，就停下來等待喚醒，等待另一個線程發(fā)來的喚醒請求
        while (this->taskQueue.empty())
            this->condition.wait(unique);      
        T *task = this->taskQueue.front();
        this->taskQueue.pop();
        if (task)
            task->process();
    }
}
#endif

三、線程池代碼解析

1. 對于線程池ThreadPool，必須要有構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)中，創(chuàng)建N個線程(這個自己指定)，插入到工作線程當(dāng)中，工作線程可以是vector結(jié)構(gòu)。工作線程中的線程具體要做什么呢？進(jìn)入線程的時候必要用unique_lock進(jìn)程加鎖處理，不能讓其他線程以及主線程影響到要處理的這個線程。判斷任務(wù)隊列是否為空，如果為空，則利用條件變量中的wait函數(shù)來阻塞該線程，等待任務(wù)隊列不為空之后喚醒它。然后取出任務(wù)隊列中的任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)中的具體操作。
2. 接著將任務(wù)放入任務(wù)隊列taskQueue，這里的任務(wù)是外部根據(jù)自己的業(yè)務(wù)自己定義的，可以是對象，可以是函數(shù)，結(jié)構(gòu)體等等，而任務(wù)隊列這里定義為queue結(jié)構(gòu)，一定要記得將任務(wù)放入任務(wù)隊列的時候，要在之前加鎖，放入之后再解鎖，這里的加鎖解鎖可以用unique_lock結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可以用mutex結(jié)構(gòu)，而放入任務(wù)隊列之后就可以用條件變量的notify_one函數(shù)通知阻塞的線程來取任務(wù)處理了。
3. 看過我之前寫的《生產(chǎn)消費者模型之條件變量》的朋友對以上代碼有點熟悉，沒錯，線程池的實現(xiàn)就有點像是生產(chǎn)消費者模型，append()就像是生產(chǎn)者，不斷的將任務(wù)放入隊列，run()函數(shù)就像消費者，不斷的從任務(wù)隊列中取出任務(wù)來處理，生產(chǎn)消費的兩頭分別用notify_one()和wait()來喚醒和阻塞。更加詳細(xì)的介紹可以去看我的上一篇文章。
4. 最后寫一個main文件來調(diào)用線程池的相關(guān)接口，main文件里定義一個任務(wù)對象，然后是main函數(shù)。

#include "threadPool.h"
#include <string>
using namespace std;
class Task
{
private:
    int total = 0;
 
public:
    void process();
};
 
//任務(wù)具體實現(xiàn)什么功能，由這個函數(shù)實現(xiàn)
void Task::process()
{
    //這里就輸出一個字符串
    cout << "task successful！ " << endl;
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
}
 
template class std::queue<Task>;
int main(void)
{
    threadPool<Task> pool(1);
    std::string str;
    while (1)
    {
        Task *task = new Task();
        pool.append(task);
        delete task;
    }
}

以上就是線程池的實現(xiàn)部分，充分利用條件變量和互斥鎖來實現(xiàn)，模型可以參考生產(chǎn)消費者模型。以上代碼部分來自網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)自己的需求更改。