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C++实现手写线程池

2023-07-05 02:32:54 深夜i -- --

C++ 线程池手写实现

return m_stop || !m_tasks.empty();

线程池是一个基本的多线程编程技术，它可以有效的降低多线程程序的开发和维护成本，提高程序执行效率。C++语言的线程库提供了基本的多线程支持，但是使用起来相对复杂，需要手动管理线程的创建、销毁、同步等操作。为了简化线程编程，我们可以使用C++手写线程池来实现。

线程池的核心就是一个任务队列，所有需要执行的任务都被加入到这个队列中，线程池中的所有线程共享这个任务队列。当一个线程空闲时，它会从任务队列中取出一个任务进行执行，执行完成后将结果返回，并继续取下一个任务。线程池中的线程数量可以根据实际情况进行动态调整，以保证系统的最佳性能。

下面我们来看一下如何实现一个简单的C++手写线程池：

1、定义任务类

由于线程池中的任务时异步执行的，因此需要使用一个任务类来封装需要执行的操作。这个任务类需要提供一个执行函数，用于执行具体的操作。


class Task {
public:
  Task(std::function<void()> func) : m_func(func) {}
  void operator()() {
    m_func();
  }
private:
  std::function<void()> m_func;
};

2、定义线程池类

线程池类通过一个std::queue来保存所有待执行的任务，通过std::vector来保存所有的线程。线程池类需要提供以下几个函数：

- 构造函数：初始化线程池中的线程

- 添加任务：将新的任务加入任务队列

- 停止：停止线程池中的所有线程

- 执行：启动线程池中的所有线程，不断从任务队列中取出任务进行执行


class ThreadPool {
public:
  ThreadPool(int numThreads) : m_stop(false) {
    for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {
      m_threads.emplace_back([this] {
        for (;;) {
          Task task;
          {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(m_queueMutex);
            m_queueCond.wait(lock, [this] {
              return m_stop || !m_tasks.empty();
            });
            if (m_stop && m_tasks.empty())
              return;
            task = std::move(m_tasks.front());
            m_tasks.pop();
          }
          task();
        }
      });
    }
  }
  void Stop() {
    {
      std::unique_lock<std::mutex> lock(m_queueMutex);
      m_stop = true;
    }
    m_queueCond.notify_all();
    for (std::thread& thread : m_threads)
      thread.join();
  }
  template<typename Func>
  void AddTask(Func func) {
    {
      std::unique_lock<std::mutex> lock(m_queueMutex);
      m_tasks.emplace(std::make_unique<Task>(std::move(func)));
    }
    m_queueCond.notify_one();
  }
  ~ThreadPool() {
    Stop();
  }
private:
  std::vector<std::thread> m_threads;
  std::queue<std::unique_ptr<Task>> m_tasks;
  std::mutex m_queueMutex;
  std::condition_variable m_queueCond;
  bool m_stop;
};

3、使用线程池执行任务

使用线程池执行任务非常简单，只需要创建一个线程池对象，然后添加需要执行的任务即可。


ThreadPool pool(4);
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
  pool.AddTask([i] {
    std::cout << "Task " << i << " executed in thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
  });
}

总结

C++手写线程池为多线程编程提供了更加方便的方式，可以大大降低代码复杂度和维护成本，提高程序执行效率。对于需要频繁使用多线程的应用程序，使用线程池是一个非常不错的选择。

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