Linux线程池(C语言描述) - 互斥量+条件变量同步

创建线程或者进程的开销是很大的，为了防止频繁的创建线程，提高程序的运行效率，往往都会建立一个线程池用于多线程程序的调度

下面的程序就是完整的线程池实现，主要采用互斥量和条件变量实现同步
 
首先定义头文件threadpool.h

在该文件中定义了线程池的数据结构和所有的函数

#ifndef THREADPOOL_H_
#define THREADPOOL_H_

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

/**
 * 线程体数据结构
 */
typedef struct runner
{
 void (*callback)(void* arg); // 回调函数指针
 void* arg; // 回调函数的参数
 struct runner* next;
} thread_runner;

/**
 * 线程池数据结构
 */
typedef struct
{
 pthread_mutex_t mutex; //互斥量
 pthread_cond_t cond; // 条件变量
 thread_runner* runner_head; // 线程池中所有等待任务的头指针
 thread_runner* runner_tail; // 线程池所有等待任务的尾指针
 int shutdown; // 线程池是否销毁
 pthread_t* threads; // 所有线程
 int max_thread_size; //线程池中允许的活动线程数目
} thread_pool;

/**
 * 线程体
 */
void run(void *arg);

/**
 * 初始化线程池
 *  参数：
 *   pool：指向线程池结构有效地址的动态指针
 *   max_thread_size：最大的线程数
 */
void threadpool_init(thread_pool* pool, int max_thread_size);

/**
 * 向线程池加入任务
 *  参数：
 *   pool：指向线程池结构有效地址的动态指针
 *   callback：线程回调函数
 *   arg：回调函数参数
 */
void threadpool_add_runner(thread_pool* pool, void (*callback)(void *arg), void *arg);

/**
 * 销毁线程池
 *  参数：
 *   ppool：指向线程池结构有效地址的动态指针地址(二级指针)，销毁后释放内存，该指针为NULL
 */
void threadpool_destroy(thread_pool** ppool);

#endif

然后是函数实现threadpool.h


该文件实现了threadpool.h的函数定义

#include "threadpool.h"

#define DEBUG 1

/**
 * 线程体
 */
void run(void *arg)
{
 thread_pool* pool = (thread_pool*) arg;
 while (1)
 {
  // 加锁
  pthread_mutex_lock(&(pool->mutex));
#ifdef DEBUG
  printf("run-> locked\n");
#endif
  // 如果等待队列为0并且线程池未销毁，则处于阻塞状态
  while (pool->runner_head == NULL && !pool->shutdown)
  {
   pthread_cond_wait(&(pool->cond), &(pool->mutex));
  }
  //如果线程池已经销毁
  if (pool->shutdown)
  {
   // 解锁
   pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));
#ifdef DEBUG
   printf("run-> unlocked and thread exit\n");
#endif
   pthread_exit(NULL);
  }
  // 取出链表中的头元素
  thread_runner *runner = pool->runner_head;
  pool->runner_head = runner->next;
  // 解锁
  pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));
#ifdef DEBUG
  printf("run-> unlocked\n");
#endif
  // 调用回调函数，执行任务
  (runner->callback)(runner->arg);
  free(runner);
  runner = NULL;
#ifdef DEBUG
  printf("run-> runned and free runner\n");
#endif
 }
 pthread_exit(NULL);
}

/**
 * 初始化线程池
 *  参数：
 *   pool：指向线程池结构有效地址的动态指针
 *   max_thread_size：最大的线程数
 */
void threadpool_init(thread_pool* pool, int max_thread_size)
{
 // 初始化互斥量
 pthread_mutex_init(&(pool->mutex), NULL);
 // 初始化条件变量
 pthread_cond_init(&(pool->cond), NULL);
 pool->runner_head = NULL;
 pool->runner_tail = NULL;
 pool->max_thread_size = max_thread_size;
 pool->shutdown = 0;
 // 创建所有分离态线程
 pool->threads = (pthread_t *) malloc(max_thread_size * sizeof(pthread_t));
 int i = 0;
 for (i = 0; i < max_thread_size; i++)
 {
  pthread_attr_t attr;
  pthread_attr_init(&attr);
  pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
  pthread_create(&(pool->threads[i]), &attr, (void*) run, (void*) pool);
 }
#ifdef DEBUG
 printf("threadpool_init-> create %d detached thread\n", max_thread_size);
#endif
}

/**
 * 向线程池加入任务
 *  参数：
 *   pool：指向线程池结构有效地址的动态指针
 *   callback：线程回调函数
 *   arg：回调函数参数
 */
void threadpool_add_runner(thread_pool* pool, void (*callback)(void *arg), void *arg)
{
 // 构造一个新任务
 thread_runner *newrunner = (thread_runner *) malloc(sizeof(thread_runner));
 newrunner->callback = callback;
 newrunner->arg = arg;
 newrunner->next = NULL;
 // 加锁
 pthread_mutex_lock(&(pool->mutex));
#ifdef DEBUG
 printf("threadpool_add_runner-> locked\n");
#endif
 // 将任务加入到等待队列中
 if (pool->runner_head != NULL)
 {
  pool->runner_tail->next = newrunner;
  pool->runner_tail = newrunner;
 }
 else
 {
  pool->runner_head = newrunner;
  pool->runner_tail = newrunner;
 }
 // 解锁
 pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));
#ifdef DEBUG
 printf("threadpool_add_runner-> unlocked\n");
#endif
 // 唤醒一个等待线程
 pthread_cond_signal(&(pool->cond));
#ifdef DEBUG
 printf("threadpool_add_runner-> add a runner and wakeup a waiting thread\n");
#endif
}

/**
 * 销毁线程池
 *  参数：
 *   ppool：指向线程池结构有效地址的动态指针地址(二级指针)
 */
void threadpool_destroy(thread_pool** ppool)
{
 thread_pool *pool = *ppool;
 // 防止2次销毁
 if (!pool->shutdown)
 {
  pool->shutdown = 1;
  // 唤醒所有等待线程，线程池要销毁了
  pthread_cond_broadcast(&(pool->cond));
  // 等待所有线程中止
  sleep(1);
#ifdef DEBUG
  printf("threadpool_destroy-> wakeup all waiting threads\n");
#endif
  // 回收空间
  free(pool->threads);
  // 销毁等待队列
  thread_runner *head = NULL;
  while (pool->runner_head != NULL)
  {
   head = pool->runner_head;
   pool->runner_head = pool->runner_head->next;
   free(head);
  }

#ifdef DEBUG
  printf("threadpool_destroy-> all runners freed\n");
#endif
  /*条件变量和互斥量也别忘了销毁*/
  pthread_mutex_destroy(&(pool->mutex));
  pthread_cond_destroy(&(pool->cond));

#ifdef DEBUG
  printf("threadpool_destroy-> mutex and cond destoryed\n");
#endif
  free(pool);
  (*ppool) = NULL;

#ifdef DEBUG
  printf("threadpool_destroy-> pool freed\n");
#endif
 }
}

以上就是完整的线城池实现


下面写个测试程序来看看

#include "threadpool.h"

void threadrun(void* arg)
{
 int *i = (int *) arg;
 printf("%d\n", *i);
}

int main(void)
{
 thread_pool *pool = malloc(sizeof(thread_pool));
 threadpool_init(pool, 2);
 int i;
 int tmp[3];
 for (i = 0; i < 3; i++)
 {
  tmp[i] = i;
  threadpool_add_runner(pool, threadrun, &tmp[i]);
 }
 sleep(1);
 threadpool_destroy(&pool);
 printf("main-> %p\n",pool);
 printf("main-> test over\n");
 return 0;
}

该函数创建了1个线程池，包含2个线程，然后往线程池中加入了3个任务

并在最后打印了线程池的指针地址(主要是为了看线程池销毁后的状态)

运行结果如下:

输出的信息主要调试信息，
值得注意的是倒数第二行“main-> (nil)”
说明线程池销毁后，指向线程池的指针 = NULL（这就是为什么在threadpool_destory函数为什么要用二级指针的原因）

转载地址：http://blog.163.com/sean_zwx/blog/static/169032755201232461650707/