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C++线程池的实现

2023-07-06 13:19:43 深夜i -- --

C++ 线程池实现

return stop || !tasks.empty();

C++线程池是一种解决多线程任务调度的工具，可以充分利用CPU资源，提高程序的执行效率和并发性。本文将介绍C++线程池的实现与应用。

一、线程池的原理和作用

线程池是指预先创建多个线程，将多个任务分配到这些线程中执行。线程池中的线程可以复用，不需要重复创建和销毁，避免了频繁地创建和销毁线程带来的开销和性能损失。同时，线程池中的任务可以根据资源情况和优先级来动态地调度和分配，实现任务的均衡和高效执行。

线程池的应用场景包括但不限于：网络服务器、图像处理、数据分析、算法优化、任务队列等，特别是在C++中，线程池的应用几乎是无处不在的。

二、C++线程池的实现

C++线程池可以使用C++标准库的线程和同步机制实现，也可以使用第三方库或自行封装实现。下面以一个简单的实现为例：

头文件 ThreadPool.h：


#include <queue>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <functional>
#include <vector>
class ThreadPool {
public:
  ThreadPool(size_t n_threads);
  ~ThreadPool();
  void add_task(std::function<void()> task);
private:
  std::vector<std::thread> workers;
  std::queue<std::function<void()>> tasks;
  std::mutex mutex;
  std::condition_variable cond;
  bool stop;
};
#endif /* THREADPOOL_H_ */

实现文件 ThreadPool.cpp：


#include "ThreadPool.h"
ThreadPool::ThreadPool(size_t n_threads)
  : stop(false)
{
  for (size_t i = 0; i < n_threads; ++i) {
    workers.emplace_back(
      [this] {
        for (;;) {
          std::function<void()> task;
          {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
            cond.wait(lock, [this] { return stop || !tasks.empty(); });
            if (stop && tasks.empty())
              return;
            task = std::move(tasks.front());
            tasks.pop();
          }
          task();
        }
      }
    );
  }
}
ThreadPool::~ThreadPool()
{
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
    stop = true;
  }
  cond.notify_all();
  for (auto& worker : workers)
    worker.join();
}
void ThreadPool::add_task(std::function<void()> task)
{
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
    tasks.emplace(std::move(task));
  }
  cond.notify_one();
}

三、线程池的使用

使用C++线程池需要先创建一个ThreadPool对象，指定线程池的线程数量。然后可以通过add_task()函数来添加任务。任务可以是一个函数、一个函数对象、一个Lambda表达式或一个函数指针。

示例代码：


#include "ThreadPool.h"
#include <iostream>
int main()
{
  ThreadPool pool(4);
  for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
    pool.add_task([i] {
      std::cout << "Task " << i << " executed by thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    });
  }
  return 0;
}

运行结果：

Task 1 executed by thread 139697256773760 Task 2 executed by thread 139697248381056 Task 3 executed by thread 139697264559872 Task 4 executed by thread 139697255051008 Task 5 executed by thread 139697248381056 Task 6 executed by thread 139697256773760 Task 7 executed by thread 139697255051008 Task 8 executed by thread 139697264559872 Task 9 executed by thread 139697248381056 Task 10 executed by thread 139697256773760

可以看到，线程池中的10个任务被4个线程异步地执行，可以有效地提高程序的执行效率和并发性。

四、总结

线程池是一种常用的多线程调度工具，在C++中也有多种实现方式。本文介绍了一种基于C++标准库的简单实现，不仅可以方便地调度任务，也可以避免多线程环境下的竞态条件和死锁等问题。使用线程池可以极大地提高程序的扩展性、可维护性和可读性，是一种值得推荐的编程范式。

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