【muduo】base篇---ThreadPool

一、线程池简介

1. 线程池的概念：

          线程池就是首先创建一些线程，它们的集合称为线程池。使用线程池可以很好地提高性能，线程池在系统启动时即创建大量空闲的线程，程序将一个任务传给线程池，线程池就会启动一条线程来执行这个任务，执行结束以后，该线程并不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲状态，等待执行下一个任务。

2. 线程池的工作机制

         2.1 在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接提交给某个线程，线程池在拿到任务后，就在内部寻找是否有空闲的线程，如果有，则将任务交给某个空闲的线程。

         2.1 一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。

3. 使用线程池的原因：

        多线程运行时间，系统不断的启动和关闭新线程，成本非常高，会过渡消耗系统资源，以及过渡切换线程的危险，从而可能导致系统资源的崩溃。这时，线程池就是最好的选择了。

 

         线程池本质上也是生产者消费者问题：生产者线程向任务队列添加任务，消费者线程（在线程队列中）从任务队列取出任务去执行。

 

二、ThreadPool

线程池ThreadPool用到了前面分析的Thread、MutexLock、Condition。ThreadPool可以设置工作线程的数量，并向任务队列放入任务。放入到任务队列中的任务将由某个工作线程执行。

muduo库的线程数目属于启动时配置，当线程池启动时，线程数目就已经固定下来。

客端通过Thread::run()函数向任务队列push任务，线程池等待处理任务。task(任务)是客端要执行的函数，通过boost::bind注册成为回调函数，放进任务队列当中。

三、源代码

Thread.h

// Use of this source code is governed by a BSD-style license
// that can be found in the License file.
//
// Author: Shuo Chen (chenshuo at chenshuo dot com)

#ifndef MUDUO_BASE_THREADPOOL_H
#define MUDUO_BASE_THREADPOOL_H

#include "muduo/base/Condition.h"
#include "muduo/base/Mutex.h"
#include "muduo/base/Thread.h"
#include "muduo/base/Types.h"

#include 
#include 

//

namespace muduo
{

class ThreadPool : noncopyable
{
 public:
  typedef std::function Task;

  explicit ThreadPool(const string& nameArg = string("ThreadPool"));
  ~ThreadPool();

  // Must be called before start().
  void setMaxQueueSize(int maxSize) { maxQueueSize_ = maxSize; }    //设置线程池线程的最大数目
  void setThreadInitCallback(const Task& cb)					    //设置线程执行前的回调函数
  { threadInitCallback_ = cb; }

  void start(int numThreads);		//启动线程池，numThreads是线程池的容量
  void stop();						//终止线程池

  const string& name() const从法
  { return name_; }

  size_t queueSize() const;

  // Could block if maxQueueSize > 0
  // There is no move-only version of std::function in C++ as of C++14.
  // So we don't need to overload a const& and an && versions
  // as we do in (Bounded)BlockingQueue.
  // https://stackoverflow.com/a/25408989
  void run(Task f);

 private:
  bool isFull() const REQUIRES(mutex_);			//判满
  void runInThread();							//线程池的线程运行函数；循环调用take获取任务，并执行任务
  Task take();									//从队列中取任务

  mutable MutexLock mutex_;						//mutable表示在const函数里也可以改变它
  Condition notEmpty_ GUARDED_BY(mutex_);		//任务队列非空，有任务可以执行了，唤醒等待的线程
  Condition notFull_ GUARDED_BY(mutex_);		//任务队列非满，有空间可以用了，
  string name_;
  Task threadInitCallback_;						//线程初始化回调函数
  std::vector> threads_;	//工作线程容器（线程数组）
  std::deque queue_ GUARDED_BY(mutex_);			//任务队列，声明一个任务列表
  size_t maxQueueSize_;							//队列最大大小
  bool running_;								//线程池运行标志
};

}  // namespace muduo

#endif  // MUDUO_BASE_THREADPOOL_H

 

Thread.cc

// Use of this source code is governed by a BSD-style license
// that can be found in the License file.
//
// Author: Shuo Chen (chenshuo at chenshuo dot com)

#include "muduo/base/ThreadPool.h"

#include "muduo/base/Exception.h"

#include 
#include 

using namespace muduo;

ThreadPool::ThreadPool(const string& nameArg)
  : mutex_(),
    notEmpty_(mutex_),  //初始化的时候需要把condition和mutex 关联起来
    notFull_(mutex_),
    name_(nameArg),
    maxQueueSize_(0),
    running_(false)
{
}

ThreadPool::~ThreadPool()
{
  if (running_)
  {
    stop();	//析构函数会调用stop，唤醒所有休眠的线程，然后等待所有线程处理完
  }
}


/******************************************************************** 
Description : 启动线程池。
*********************************************************************/
void ThreadPool::start(int numThreads)  //参数为线程数量，会创建相应数量的线程，线程函数为ThreadPool::runInThread
{
  assert(threads_.empty());
  running_ = true;						//启动标志
  threads_.reserve(numThreads);			//保证threads_容量至少为numThreads，预留空间，避免多次自动增长
  for (int i = 0; i < numThreads; ++i)
  {
    char id[32];
    snprintf(id, sizeof id, "%d", i+1);
	
	//创建工作线程并加入线程数组，绑定的函数为runInThread
    threads_.emplace_back(new muduo::Thread(
          std::bind(&ThreadPool::runInThread, this), name_+id));
	//启动线程，即runInThread函数执行
    threads_[i]->start();
  }
  //如果线程池线程数为0，且设置了回调函数
  if (numThreads == 0 && threadInitCallback_)
  {
    threadInitCallback_();  //本线程自己执行init回调函数
  }
}

/******************************************************************** 
Description : 终止线程池。
*********************************************************************/
void ThreadPool::stop()
{
  {
  MutexLockGuard lock(mutex_);
  running_ = false;
  //不管当前线程在执行什么任务，通知所有线程去notEmpty_.wait()处等待
  //因为running_为false，所有线程不会再执行任何任务了。
  notEmpty_.notifyAll();	
  }
  //回收所有线程
  for (auto& thr : threads_)
  {
    thr->join();
  }
}

//获取任务队列的大小
size_t ThreadPool::queueSize() const
{
  MutexLockGuard lock(mutex_);
  return queue_.size();
}

/******************************************************************** 
Description : 向任务队列中添加任务。
*********************************************************************/
void ThreadPool::run(Task task)
{
  if (threads_.empty())
  {
    task(); //如果没有子线程，就在主线程中直接执行该task
  }
  else
  {
    MutexLockGuard lock(mutex_);
    while (isFull())
    {
      notFull_.wait();  //等待任务队列不为满的条件
    }
    assert(!isFull());
	//如果任务队列不满，则可以向任务队列中添加任务
    queue_.push_back(std::move(task));
    notEmpty_.notify();  //唤醒等待任务队列不为空的线程来取任务
  }
}

ThreadPool::Task ThreadPool::take()
{
  MutexLockGuard lock(mutex_);
  // always use a while-loop, due to spurious wakeup
  while (queue_.empty() && running_)
  {
    notEmpty_.wait();	//条件变量的wait操作使用while包裹，预防“虚假唤醒”（如被其它线程抢占了）。
  }
  Task task;
  if (!queue_.empty())
  {
    task = queue_.front();
    queue_.pop_front();
    if (maxQueueSize_ > 0)
    {
      notFull_.notify();
    }
  }
  return task;
}

//判断任务队列是否满
bool ThreadPool::isFull() const
{
  mutex_.assertLocked();
  return maxQueueSize_ > 0 && queue_.size() >= maxQueueSize_;
}


/******************************************************************** 
Description : 取任务并执行。
*********************************************************************/
void ThreadPool::runInThread()
{
  try
  {
    if (threadInitCallback_)
    {
      threadInitCallback_();
    }
    while (running_)	//当线程池启动之后，就在while1循环中不停地取任务执行
    {
      Task task(take());	//取任务并初始化task，无任务会阻塞
      if (task)  //如果任务非空
      {
        task();	 //执行该任务
      }
    }
  }
  catch (const Exception& ex)
  {
    fprintf(stderr, "exception caught in ThreadPool %s\n", name_.c_str());
    fprintf(stderr, "reason: %s\n", ex.what());
    fprintf(stderr, "stack trace: %s\n", ex.stackTrace());
    abort();
  }
  catch (const std::exception& ex)
  {
    fprintf(stderr, "exception caught in ThreadPool %s\n", name_.c_str());
    fprintf(stderr, "reason: %s\n", ex.what());
    abort();
  }
  catch (...)
  {
    fprintf(stderr, "unknown exception caught in ThreadPool %s\n", name_.c_str());
    throw; // rethrow
  }
}

 

使用示例：

#include "muduo/base/ThreadPool.h"
#include "muduo/base/CountDownLatch.h"
#include "muduo/base/CurrentThread.h"
#include "muduo/base/Logging.h"

#include 
#include   // usleep

void print()
{
  printf("tid=%d\n", muduo::CurrentThread::tid());
}

void printString(const std::string& str)
{
  LOG_INFO << str;
  usleep(100*1000);
}

void test(int maxSize)
{
  LOG_WARN << "Test ThreadPool with max queue size = " << maxSize;
  muduo::ThreadPool pool("MainThreadPool");
  pool.setMaxQueueSize(maxSize);
  pool.start(5);

  LOG_WARN << "Adding";
  pool.run(print);
  pool.run(print);
  for (int i = 0; i < 100; ++i)
  {
    char buf[32];
    snprintf(buf, sizeof buf, "task %d", i);
    pool.run(std::bind(printString, std::string(buf)));
  }
  LOG_WARN << "Done";

  muduo::CountDownLatch latch(1);
  pool.run(std::bind(&muduo::CountDownLatch::countDown, &latch));
  latch.wait();
  pool.stop();
}



int main()
{
  test(0);
  test(1);
  test(5);
  test(10);
  test(50);
}