【Linux】一篇文章搞定 线程池

1. 线程池的概念

• 线程池的本质：一个线程安全的队列 + 一堆线程
• 线程安全队列中的元素类型： 类型 = 数据 + 该数据处理方式

图解

2. Linux下线程池的CPP模拟实现

• 将数据和处理该数据的方法封装成一个数据类，并提供一个run方法，调用数据处理方法处理数据

• 主线程负责向线程池的安全队列中插入数据

• 线程池中的工作线程负责从安全队列中拿出数据，并用数据类提供的run方法，让数据自己处理自己

#include 
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#include 
using namespace std;

//函数指针的宏定义
typedef void (*Handler)(int);

template<class T>
class QueueData{
     
     public:
     //传入数据和处理数据的函数
     QueueData(T data_,Handler handler_)
     {
     
         data = data_;
         handler = handler_;
     }
     ~QueueData(){
     }
     //调用run函数来使用传入的函数处理传入的数据
     void run()
     {
     
         handler(data);                                                                                
     }
    
     private:
     T data; //数据
     Handler handler;  //处理数据的方法
};
template <class T>
class ThreadPool{
     
    public:
    //初始化线程池 并按照传入 线程数量 创建 相应个数的线程
    ThreadPool(int Capacity,int Thread_count)
    {
     
        //初始化 队列容量+线程数量+互斥锁+条件变量+退出标志
        capacity 	  = Capacity;
        thread_count  = Thread_count;
        lock          = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
        consumer_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
        flag          = false;
        //创建线程
        pthread_t ptid;
        for(int i = 0; i < thread_count; i++)
        {
     
            int ret = pthread_create(&ptid,NULL,PoolStart,(void*)this);
            if(ret < 0)
                perror("pthread_create");
        }
    }
    ~ThreadPool()
    {
     
        // 销毁 条件变量+互斥锁
        pthread_mutex_destroy(&lock);
        pthread_cond_destroy(&consumer_cond);
    }
    
    //主线程调用 向队列中插入数据
    void Push(QueueData<T>* qd)
    {
     
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if(flag)	// 
        {
     
            pthread_mutex_unlock(&lock);
            return;
        }
        safe_queue.push(qd);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        pthread_cond_signal(&consumer_cond);	//提醒PCB等待队列中的线程可以来取数据啦
    }
    
    //调用该函数表示数据处理完了 可以退出所有线程了
    void ThreadExit()
    {
     
        pthread_mutex_lock(&lock);
        flag = true;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        pthread_cond_broadcast(&consumer_cond);
    }

    private:
    queue<QueueData<T>* > safe_queue;	//队列
    size_t capacity;	//安全队列中最大容量
    pthread_mutex_t lock; //保证主线程与消费线程之间互斥
    pthread_cond_t consumer_cond; //保证消费线程之间同步
    size_t thread_count;	//线程池中的线程数量
    bool flag;	//线程是否可以退出的标志
    //工作线程调用
    void Pop(QueueData<T>** qd)
    {
     
        (*qd) = safe_queue.front();	//将安全队列中的数据放入参数中
        safe_queue.pop();	//将队首元素弹出
    }

    //线程入口函数中调用Pop函数，将this指针传入进来
    static void* PoolStart(void* arg)
    {
     
        //线程分离，线程退出后OS自动回收其资源
        pthread_detach(pthread_self());
        //将void*类型的参数强转成ThreadPool*
        ThreadPool* p = (ThreadPool*)arg;
        //工作线程的任务就是取出数据并处理数据
        while(1)
        {
     
            //为了保证线程能够独占式访问共享资源，须加锁
            pthread_mutex_lock(&p->lock);
            while(p->safe_queue.empty())	
            {
     
                if(p->flag)		//当flag为true时表示数据处理完了 该线程可以退出了
                {
     
                    (p->thread_count)--;
                    pthread_mutex_unlock(&p->lock);
                    pthread_exit(NULL);
                }
                pthread_cond_wait(&p->consumer_cond,&p->lock); //当队列空就等待并释放锁
            }
            QueueData<T>* qd;
            p->Pop(&qd);	//从安全队列中拿出来数据
            //先释放锁 再 处理数据，反之，会导致处理完数据再释放锁，释放锁时间过长
            pthread_mutex_unlock(&p->lock);	
            qd->run();
        }
    }
};

//处理数据的函数
void DealData(int data)
{
     
    printf("%d\n",data);
}
 
int main()
{
     
    //创建线程池，设置安全队列中最多可以保存4个元素，线程数量规定为4个
    ThreadPool<int>* tp = new ThreadPool<int>(4,4);
    if(!tp) return -1;
    //假设需要处理 100 个数据
    for(int i = 0; i < 100; i++)
    {
     
        QueueData<int>* qd = new QueueData<int>(i,DealData);
        if(!qd) continue;
        tp->Push(qd);
    }

    sleep(3);
    
    //退出线程池
    tp->ThreadExit();
    return 0;
}