C++实现一个通用线程池

C++实现一个通用线程池

简介

本文主要记录一个自己实现的简单的通用线程池对象。主要包含以下几个类：

• Platforms.h: 屏蔽平台差异，提供跨平台使用的函数, 有需要可以未来进行扩展
• SingleTon.h: 线程安全的单例类
• ThreadPool.h: 线程池的实现
• main.cpp: 测试代码

Platforms.h

#pragma once

#ifdef WIN32
#include 
#endif // WIN32

class Platforms
{
public:
	unsigned long GetCurrentThreadId()
	{
		unsigned long id = 0;
#ifdef WIN32
		id = ::GetCurrentThreadId();
#endif // WIN32
		return id;
	}
};

SingleTon.h

#pragma once

/*
* Date: 2022-06-21
* Author: nicklaus
*/
template<typename T>
class SingleTon {
private:
	SingleTon() {}
public:
	/*
	* 使用单例包装并返回原生类型T
	*/
	static T* GetInstance()
	{
		static T instance;
		return &instance;
	}
};

ThreadPool.h

#pragma once

#include
#include
#include
#include
#include

#include
#include

#include
#include"SingleTon.h"
#include"Platforms.h"

class ThreadPool
{
public:
	using Task = std::function<void()>;

	ThreadPool(int threadNum) 
	{
		createThreads(threadNum);
	}
	~ThreadPool() 
	{
		Stop();
	}

	ThreadPool(const ThreadPool& pool) = delete;
	ThreadPool& operator=(const ThreadPool& pool) = delete;
	
	void AddTask(const Task& task)
	{
		std::lock_guard<std::mutex> locker(m_taskQueueMutex);
		m_taskQueue.push(task);

		m_notEmpty.notify_one();
	}

	void AddTask(Task&& task)
	{
		std::lock_guard<std::mutex> locker(m_taskQueueMutex);
		m_taskQueue.push(std::forward<Task>(task));

		m_notEmpty.notify_one();
	}

private:
	void createThreads(int num)
	{
		for (auto i = 0; i < num; i++)
		{
			m_threadGroup.push_back(std::make_shared<std::thread>(&ThreadPool::threadproc, this));
		}
	}

	void Stop()
	{
		m_bForceStoped = true;

		m_notEmpty.notify_all();

		for (auto i = 0; i < m_threadGroup.size(); i++)
		{
			if (m_threadGroup[i] != nullptr)
			{
				m_threadGroup[i]->join();
			}
		}

		m_threadGroup.clear();
	}

	bool IsForceStoped()
	{
		return m_bForceStoped;
	}

	bool IsTaskQueueEmpty()
	{
		return m_taskQueue.empty();
	}

	void threadproc()
	{
		while (true)
		{
			if (!IsForceStoped())// 正常情况，线程池还处于运行状态，池中的线程们需要互斥取任务执行
			{
				std::unique_lock<std::mutex> locker(m_taskQueueMutex);
				// 如果是按下面这行代码不检测，是否强制停止会有下面这种现象：
				// 主线程通过AddTask向m_taskQueue中添加任务，之后通过OS的调度，使得线程池中的某一个线程取到所有任务，并执行，
				// 此时外界不再添加任何任务进来，那么如果按照下面的写法，那么线程中的所有子线程会阻塞在wait函数处，导致ThreadPool
				// 的析构永远不能终结，所以wait的等待条件需要加上IsForceStoped()来避免这种情况
				//m_notEmpty.wait(locker, [this] {return !IsTaskQueueEmpty(); });
				m_notEmpty.wait(locker, [this] {return IsForceStoped() || !IsTaskQueueEmpty(); });

				std::queue<Task> tasks = std::move(m_taskQueue);
				while (!tasks.empty())
				{
					auto task = tasks.front();
					tasks.pop();
					printf("thread[%d] run task: %s\n",
						SingleTon<Platforms>::GetInstance()->GetCurrentThreadId(),
						typeid(task).name());
					task();
				}
			}
			else // 强制停止线程池运行，需要保证任务队列中的任务能够运行结束
			{
				std::unique_lock<std::mutex> locker(m_taskQueueMutex);
				if (!IsTaskQueueEmpty())
				{
					std::queue<Task> tasks = std::move(m_taskQueue);
					while (!tasks.empty())
					{
						auto task = tasks.front();
						tasks.pop();
						task();
					}
				}

				printf("打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环\n"); // 可以取消注释看看
				break; // 必须break,不然会导致无限循环(都强制停止了，必须结束线程体的运行)
			}
		}
	}

private:
	std::mutex	m_taskQueueMutex;
	std::queue<Task> m_taskQueue;
	std::condition_variable	m_notEmpty;

	bool m_bForceStoped;					// 设计初衷：线程池中的线程不允许写，只允许读(特别重要)
	std::vector<std::shared_ptr<std::thread>> m_threadGroup;
};

main.cpp

#include"ThreadPool.h"
#include"SingleTon.h"
#include"Platforms.h"

void printA_Z()
{
	printf("%s: ", __FUNCTION__);
	for (char c = 'A'; c <= 'Z'; c++)
	{
		printf("%c ", c);
	}
	printf("\n\n");
}

void print1_100()
{
	printf("%s: ", __FUNCTION__);
	for (int c = 1; c <= 100; c++)
	{
		printf("%d ", c);
	}
	printf("\n\n");
}

class A 
{
public:
	void f() 
	{
		printf("%s: ", __FUNCTION__);
		for (int c = 1; c <= 100; c++)
		{
			printf("%d ", c);
		}
		printf("\n\n");
	}
};


int main()
{
	printf("main thread id:%d\n", SingleTon<Platforms>::GetInstance()->GetCurrentThreadId());

	{
		A a;

		ThreadPool pool(10);
		pool.AddTask(printA_Z);
		pool.AddTask(print1_100);
		pool.AddTask(printA_Z);
		pool.AddTask(print1_100);
		pool.AddTask(printA_Z);
		pool.AddTask(print1_100);
		pool.AddTask(std::bind(&A::f, a));
		Sleep(1000);
	}

	printf("main thread not block\n");
	return 0;
}

测试结果

main thread id:236676
thread[232416] run task: class std::function<void __cdecl(void)>
printA_Z: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

thread[232416] run task: class std::function<void __cdecl(void)>
print1_100: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

thread[232416] run task: class std::function<void __cdecl(void)>
printA_Z: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

thread[232416] run task: class std::function<void __cdecl(void)>
print1_100: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

thread[232416] run task: class std::function<void __cdecl(void)>
printA_Z: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

thread[232416] run task: class std::function<void __cdecl(void)>
print1_100: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

thread[232416] run task: class std::function<void __cdecl(void)>
A::f: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
打印次数如果等于线程数量说明没有无限循环
main thread not block

F:\HappyCoding\threadpool\Debug\threadpool.exe (process 236836) exited with code 0.
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