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C++编程：实现线程池

2023-07-12 17:22:13 深夜i -- --

C++ 编程线程池实现多线程

C++是一种流行的编程语言，广泛用于开发各种应用程序。在应用程序开发中，线程池是一个非常重要的概念。线程池是一组线程，它们可用于并发执行多个任务。在大多数应用程序中，线程池可用于提高性能和吞吐量。

在本文中，我将介绍如何在C++中创建一个线程池。实现一个线程池需要以下步骤：

1. 定义任务

2. 定义线程池类

3. 实现任务队列

4. 实现工作线程

5. 实现线程池

先来看一下，如何定义一个任务：


typedef function<void()> Task;

这里我们使用C++11提供的std::function特性来定义任务类型。任何可调用对象，不管是函数、函数指针或者是Lambda表达式，都可以作为任务传给线程池。

接下来，我们需要定义线程池类。线程池类应该具有以下功能：

1. 向线程池中添加任务

2. 等待所有任务完成

3. 关闭线程池

定义线程池类的头文件如下：


class ThreadPool {
public:
  ThreadPool(int numThreads);
  ~ThreadPool();
  void AddTask(const Task& task);
  void WaitForAllTasks();
  void Shutdown();
private:
  bool m_running;
  vector<shared_ptr<thread>> m_threads;
  queue<Task> m_taskQueue;
  mutex m_mutex;
  condition_variable m_condition;
};

线程池类的实现分为几个步骤，首先是任务队列：


void ThreadPool::AddTask(const Task& task)
{
  unique_lock<mutex> lock(m_mutex);
  m_taskQueue.push(task);
  lock.unlock();
  m_condition.notify_one();
}
bool ThreadPool::HasTasks()
{
  lock_guard<mutex> lock(m_mutex);
  return (!m_taskQueue.empty());
}
Task ThreadPool::GetTask()
{
  unique_lock<mutex> lock(m_mutex);
  m_condition.wait(lock, [this] { return (!m_running || HasTasks()); });
  if (!m_running && m_taskQueue.empty())
    return Task();
  Task task = m_taskQueue.front();
  m_taskQueue.pop();
  return task;
}

这里我们使用一个std::queue来保存任务队列。AddTask()函数用于向任务队列中添加任务，HasTasks()函数用于检查是否有任务可以被执行，GetTask()函数用于获取任务。当任务队列不为空时，GetTask()函数会返回第一个任务。如果任务队列为空，GetTask()函数会等待新任务的到来。

下一步，我们需要实现工作线程：


void ThreadPool::WorkerThread()
{
  while (m_running)
  {
    Task task = GetTask();
    if (task)
    {
      task();
    }
  }
}

线程池中的工作线程通过GetTask()函数获取任务，执行完成后再获取下一个任务。当线程池被关闭时，工作线程会退出。

最后，我们需要实现线程池。我们可以通过创建一组线程来实现线程池：


ThreadPool::ThreadPool(int numThreads) :
  m_running(true)
{
  for (int i = 0; i < numThreads; i++)
  {
    m_threads.push_back(make_shared<thread>(&ThreadPool::WorkerThread, this));
  }
}
ThreadPool::~ThreadPool()
{
  m_running = false;
  m_condition.notify_all();
  for (auto thread : m_threads)
  {
    if (thread->joinable())
    {
      thread->join();
    }
  }
}
void ThreadPool::WaitForAllTasks()
{
  while (HasTasks())
  {
    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(1));
  }
}
void ThreadPool::Shutdown()
{
  WaitForAllTasks();
  m_running = false;
  m_condition.notify_all();
}

这里，我们通过创建一组线程来实现线程池。每个线程都会调用WorkerThread()函数。当所有任务都被执行完毕后，线程池被关闭。

这样，我们就完成了C++线程池的实现。线程池可用于提高多线程应用程序的性能和效率。线程池不仅可以解决线程过多带来的资源浪费和性能瓶颈问题，也可以一定程度上提升代码可维护性和可扩展性。

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