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简易C++线程池库开发

2023-07-04 23:27:37 深夜i -- --

C++ 线程池库开发

return m_stop || !m_taskQueue.empty();

C++线程池是一种实现多线程编程的技术，它能让程序更加高效、稳定和可靠。在实际应用中，经常需要并发地执行一些任务，如果每个任务都单独启动一个线程，就可能带来过多的开销和性能问题。而线程池可以有效地解决这个问题。

本文将介绍如何使用C++语言开发一个简易的线程池库，使得开发者能够更加轻松地编写多线程程序。

1. 线程池的概念

线程池是一组可重复使用的线程集合，它能够管理多个任务的执行，从而实现任务并发执行的效果。线程池中的任务通常都是短小精悍的，执行时间比较短。线程池中的线程在完成一个任务后，并不会退出，而是等待下一个任务的到来。

2. 开发线程池库的思路

开发一个简易的C++线程池库，需要遵循以下几个基本思路：

（1）使用C++11多线程库中的标准库；

（2）使用Lambda表达式简化代码；

（3）将线程池的核心功能封装到一个类中；

（4）支持动态添加任务和销毁线程池；

（5）除了锁和条件变量之外，不使用其他的第三方库；

3. 实现线程池

首先，我们需要定义一个线程池类，包含线程池的基本参数和操作，如下：


class ThreadPool {
public:
  ThreadPool(int threadNums); // 构造函数
  ~ThreadPool(); // 析构函数
  void addTask(Task task); // 添加任务
  void stop(); // 停止线程池
private:
  std::vector<std::thread> m_threadPool; // 线程池
  std::queue<Task> m_taskQueue; // 任务队列
  std::mutex m_mutex; // 互斥锁
  std::condition_variable m_condition; // 条件变量
  bool m_stop; // 是否停止
};

其中，Task是一个function对象，表示要执行的任务内容。

在构造函数中，我们需要初始化线程池的个数，并同时启动这些线程：


ThreadPool::ThreadPool(int threadNums) : m_stop(false) {
  for (int i = 0; i < threadNums; ++i) {
    m_threadPool.emplace_back([this]() {
      while (!m_stop) {
        Task task;
        {
          std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
          m_condition.wait(lock, [this]() { return m_stop || !m_taskQueue.empty(); });
          if (m_stop && m_taskQueue.empty()) return;
          task = std::move(m_taskQueue.front());
          m_taskQueue.pop();
        }
        task();
      }
    });
  }
}

任务的添加操作需要先对任务队列上锁（使用unique_lock可以实现自动解锁），然后将任务添加到队列中，并通过条件变量唤醒任意一个线程来执行这个任务：


void ThreadPool::addTask(Task task) {
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
    m_taskQueue.emplace(task);
  }
  m_condition.notify_one();
}

线程池的销毁操作需要让所有任务执行完成，并将停止标志设置为true。然后再通过条件变量唤醒所有线程，并join这些线程，等待它们完成执行：


ThreadPool::~ThreadPool() {
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
    m_stop = true;
  }
  m_condition.notify_all();
  for (auto& thread : m_threadPool) thread.join();
}

4. 测试使用

我们可以通过以下方式来测试刚才实现的线程池：


int main() {
  ThreadPool pool(4);
  std::vector<std::future<int>> results;
  for (int i = 0; i < 8; ++i) {
    results.emplace_back(
      pool.addTask([](int id) { std::cout << "Hello " << id << std::endl; return id * id; }, i));
  }
  for (auto& result : results) {
    std::cout << result.get() << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  return 0;
}

在测试代码中，我们首先创建一个线程池，其中包含4个线程。然后我们添加8个任务，每个任务都是一个Lambda表达式，用来输出"Hello"和任务的ID号，并返回这个ID号的平方。最后，我们使用std::future对象来获取每个任务的执行结果，并输出到屏幕上。

5. 总结

线程池是一种非常实用的多线程技术，它能够提高程序的效率和稳定性，减少系统开销和资源浪费。本文通过C++语言实现了一个简易的线程池库，展示了如何使用Lambda表达式和标准库来实现多线程编程。开发者可以参考这个实例来编写自己的线程池库，从而提高自己的编程技能和能力。

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