C++线程池设计模式：如何实现高效的多线程处理？ |21xrx.com

C++线程池设计模式：如何实现高效的多线程处理？

2023-07-09 01:02:13 深夜i 20 0

C++ 线程池设计模式高效多线程处理

return stopped || !tasks.empty(); return stopped || !tasks.empty();

随着计算机硬件性能的不断提升，越来越多的应用程序开始采用多线程技术来实现高效的并行计算。随之而来的问题是如何管理和调度这些线程，以避免线程之间的竞争和死锁等问题。

C++线程池设计模式就是一种解决这个问题的方法。线程池是一组预先创建好的工作线程，这些线程可以从一个任务队列中获取任务并执行。当任务执行完毕后，线程可以再次获取任务，以继续执行。这种设计模式可以避免线程的频繁创建和销毁带来的性能开销，同时也避免了竞争和死锁等问题。

下面是一个简单的C++线程池的实现：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <functional>
class thread_pool {
public:
  thread_pool(int num_threads) : stopped(false) {
    for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
      threads.emplace_back([this]{
        while (true) {
          std::function<void()> task;
          {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
            condition.wait(lock, [this]{ return stopped || !tasks.empty(); });
            if (stopped && tasks.empty()) return;
            task = std::move(tasks.front());
            tasks.pop();
          }
          task();
        }
      });
    }
  }
  ~thread_pool() {
    {
      std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
      stopped = true;
    }
    condition.notify_all();
    for (auto& thread : threads) {
      thread.join();
    }
  }
  template<typename T>
  void submit(T task) {
    {
      std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
      tasks.emplace(task);
    }
    condition.notify_one();
  }
private:
  std::vector<std::thread> threads;
  std::queue<std::function<void()>> tasks;
  std::mutex mutex;
  std::condition_variable condition;
  bool stopped;
};

以上实现中，线程池包含一个由工作线程构成的容器 `threads` 和一个任务队列 `tasks`。当一个新任务提交到线程池中时，它会被放入任务队列 `tasks` 中，并通过 `condition.notify_one()` 唤醒任一等待线程。在工作线程中，线程首先通过 `condition.wait(lock, [this]{ return stopped || !tasks.empty(); });` 进入等待状态，并等待 `tasks` 非空或者 `stopped` 为真。如果当前线程池被停止（`stopped` 为真）且任务队列为空，那么线程就会退出。

使用线程池的过程非常简单，只需要在代码中创建线程池对象，然后通过 `submit()` 方法提交任务即可：

thread_pool pool(4);
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
  pool.submit([i]{
    std::cout << "Task " << i << " started\n";
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::cout << "Task " << i << " finished\n";
  });
}

以上代码将会创建一个包含 4 个工作线程的线程池，并往任务队列中提交 100 个任务。每个任务将会输出一个开始和结束标记，并且在两个标记之间间隔 1 秒钟。

通过线程池的设计模式，我们可以避免手动创建线程带来的复杂性和性能问题，实现高效的并行计算。在实际应用中，线程池还可以通过限制并发线程数、设置任务优先级等方式进行进一步的优化，以满足不同的需求。

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