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C++线程池代码实现

2023-07-01 13:14:54 深夜i -- --

C++ 线程池代码实现多线程并发编程

随着计算机硬件的不断发展，多核CPU已经越来越普遍，线程已经成为了并发编程的基本单位。在实际开发中，我们经常需要处理大量的并发请求，管理大量的线程不但不容易，而且会降低服务器性能。因此，线程池就应运而生了。

线程池就是管理一组线程的集合，它可以帮我们自动创建线程、回收线程、控制线程的数量等。下面我们就来讲解如何使用C++代码实现线程池。

1. 线程池的基本结构

线程池一般有如下几个部分：

1.1 任务队列

任务队列一般采用生产者-消费者模型，任务的生产者是主线程，将任务放入任务队列中，消费者是线程池中的工作线程，从任务队列中取出任务并执行。

1.2 工作线程

工作线程就是线程池中的线程，负责执行任务队列中的任务。

1.3 线程池管理器

线程池管理器就是控制线程池的增、减、创建、销毁等操作。

2. 实现步骤

2.1 定义任务队列

任务队列可以使用STL中的队列实现，如下所示：


#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
template<typename T>
class TaskQueue {
public:
  TaskQueue() {}
  ~TaskQueue() {}
  void enqueue(const T& task) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
    m_queue.push(task);
    m_cond.notify_one();
  }
  T dequeue() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
    while (m_queue.empty()) {
      m_cond.wait(lock);
    }
    T val = m_queue.front();
    m_queue.pop();
    return val;
  }
private:
  std::queue<T> m_queue;
  std::mutex m_mutex;
  std::condition_variable m_cond;
};

2.2 定义工作线程

工作线程需要执行任务队列中的任务，我们需要使用C++11中的std::thread来创建一个线程，如下所示：


#include <thread>
class Worker {
public:
  Worker(TaskQueue<std::function<void()>>* task_queue)
    : m_task_queue(task_queue)
  {
    std::thread([this] { run(); }).detach();
  }
  void run() {
    for (;;) {
      std::function<void()> task = m_task_queue->dequeue();
      task();
    }
  }
private:
  TaskQueue<std::function<void()>>* m_task_queue;
};

2.3 定义线程池管理器

线程池管理器需要实现线程池的增、减、创建、销毁等操作，如下所示：


#include <vector>
#include <memory>
class ThreadPool {
public:
  ThreadPool(int thread_num)
    : m_stop(false)
  {
    for (int i = 0; i < thread_num; ++i) {
      m_workers.push_back(std::make_unique<Worker>(&m_task_queue));
    }
  }
  ~ThreadPool() {
    m_stop = true;
    m_task_queue.m_cond.notify_all();
    for (auto& worker : m_workers) {
      if (worker) {
        worker->join();
      }
    }
  }
  template<typename Function, typename... Args>
  void add_task(Function&& f, Args&&... args) {
    auto task = std::bind(std::forward<Function>(f), std::forward<Args>(args)...);
    m_task_queue.enqueue(task);
  }
private:
  bool m_stop;
  TaskQueue<std::function<void()>> m_task_queue;
  std::vector<std::unique_ptr<Worker>> m_workers;
};

3. 使用实例

使用线程池非常简单，只需要创建一个ThreadPool对象，然后调用add_task方法添加任务即可。下面是一个简单的实例：


#include <iostream>
#include "thread_pool.h"
void compute(int a, int b) {
  std::cout << "a + b = " << a + b << std::endl;
}
int main() {
  ThreadPool thread_pool(4);
  for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    thread_pool.add_task(compute, i, i + 1);
  }
  std::cin.get();
  return 0;
}

上面的代码创建了一个ThreadPool对象，其中包含4个线程，然后通过add_task方法添加10次任务，每个任务调用compute函数，输出a+b的值。

以上就是C++线程池的基本实现，读者可以自行修改实现细节，满足自己的需求。如果需要分布式部署，可以使用类似于FastFlow、TBB、OpenMP等开源并行计算工具库。

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