一、线程池简介
一个线程池是由若干在等待任务的线程组成的线程池,当请求到来时,将任务分配给其中一个空闲线程执行;当任务执行完毕后,线程并没有结束,而是继续等待下一个任务。在服务器程序中,很多请求都是短时间的,大部分处理时间却是在等待数据的IO操作上,因此线程池可以极大地提高服务器的并发能力和响应速度。
二、C++线程池实现原理
1. 首先,我们需要引入常见的C++并发库,如<mutex>
和<thread>
等。
#include <mutex> #include <thread>
2. 声明一个线程池类ThreadPool。
class ThreadPool { public: //声明构造函数、析构函数、添加任务函数等 private: //声明任务队列、线程池等变量 };
3. 在构造函数中,初始化线程池和任务队列。
ThreadPool::ThreadPool(int size) { for (int i = 0; i < size; i++) { //创建线程,将线程函数设置为work函数 //存储线程到线程池中 //设置线程为detachable,即自动释放 } }
4. 添加任务函数需要将任务加入任务队列,唤醒等待线程,通知有新的任务需要执行。
template <class F, class... Args> auto ThreadPool::enqueue(F&& f, Args&&... args) -> std::future<typename std::result_of<F(Args...)>::type> { //获取任务返回值类型 using return_type = typename std::result_of<F(Args...)>::type; //将任务和返回值类型build成packaged_task auto task = std::make_shared<std::packaged_task<return_type()>>(std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...)); //使用future获取异步返回值 std::future<return_type> res = task->get_future(); { //加锁保证对任务队列的操作是原子的 std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex); //将任务加入队列 tasks.emplace([task]() { (*task)(); }); } //唤醒等待线程,通知有新的任务需要执行 condition.notify_one(); return res; }
三、C++线程池实现代码示例
下面是ThreadPool类的完整代码示例:
#include <iostream> #include <vector> #include <queue> #include <thread> #include <mutex> #include <condition_variable> #include <future> #include <functional> class ThreadPool { public: //构造函数,初始化线程池和任务队列 ThreadPool(int size) { for (int i = 0; i < size; i++) { threads.emplace_back(std::thread(&ThreadPool::work, this)); threads.back().detach(); } } //析构函数,回收线程池 ~ThreadPool() {} //添加任务函数,将任务加入任务队列,唤醒等待线程,通知有新的任务需要执行 template <class F, class... Args> auto enqueue(F&& f, Args&&... args) -> std::future<typename std::result_of<F(Args...)>::type> { //获取任务返回值类型 using return_type = typename std::result_of<F(Args...)>::type; //将任务和返回值类型build成packaged_task auto task = std::make_shared<std::packaged_task<return_type()>>(std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...)); //使用future获取异步返回值 std::future<return_type> res = task->get_future(); { //加锁保证对任务队列的操作是原子的 std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex); //将任务加入队列 tasks.emplace([task]() { (*task)(); }); } //唤醒等待线程,通知有新的任务需要执行 condition.notify_one(); return res; } private: //执行任务函数 void work() { while (true) { std::function<void()> task; { //加锁保证对任务队列的操作是原子的 std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex); //等待任务队列非空 condition.wait(lock, [this]() { return !tasks.empty(); }); //取出队列中的一个任务 task = std::move(tasks.front()); tasks.pop(); } //执行任务 task(); } } private: //线程池 std::vector<std::thread> threads; //任务队列 std::queue<std::function<void()>> tasks; //队列锁 std::mutex queue_mutex; //任务队列非空条件变量 std::condition_variable condition; }
四、线程池实现应用场景
线程池适用于很多需要处理大量短时间任务的场景,比如网络服务器、图像处理、视频处理等。一些大型框架,如Web服务器或消息总线系统,会使用线程池来处理并发请求,这样可以大大提高响应速度和扩展能力。
五、总结
通过C++线程池实现,我们可以实现多线程任务的快速处理,提高系统的并发处理能力和响应速度,并且保证线程的可控性、执行流程的正确性和程序的高效性。