本文使用的源碼地址：

https://github.com/SCljh/thread_pool

線程池描述

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池式結構

??在計算機體系結構中有許多池式結構：內存池、數據庫連接池、請求池、消息隊列、

對象池等等。

??池式結構解決的主要問題為緩沖問題，起到的是緩沖區的作用。

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線程池

?通過使用線程池，我們可以有效降低多線程操作中任務申請和釋放產生的性能消耗。

    特別是當我們每個線程的任務處理比較快時，系統大部分性能消耗都花在了

    pthread_create以及釋放線程的過程中。

那既然是這樣的話，何不在程序開始運行階段提前創建好一堆線程，

等我們需要用的時候只要去這一堆線程中領一個線程，用完了再放回去，

等程序運行結束時統一釋放這一堆線程呢？按照這個想法，線程池出現了。

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線程池解決的問題

解決任務處理

阻塞IO

解決線程創建于銷毀的成本問題

管理線程

??線程池應用之一：日志存儲

??在服務器保存日志至磁盤上時，性能往往壓在磁盤讀寫上，

     而引入線程池利用異步解耦可以解決磁盤讀寫性能問題。

??線程池的主要作用：異步解耦

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說了那么多線程池的優點，那接下來要做的就是手撕這誘人的玩意了。

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樸實無華但不枯燥的代碼（以c++為例）

本文主要講解的是c++線程池的實現，C語言實現其實思想和c++是一致的，

具體的代碼可見文章開頭的鏈接。

線程池中比較關鍵的東西

??若想自己編寫一個線程池框架，那么可以先關注線程池中比較關鍵的東西：

工作隊列

任務隊列

線程池的池

pthread_create中的回調函數

為什么說這些東西比較關鍵？因為這“大四元”基本上支撐起了整個線程池的框架。

而線程池的框架如下所示：

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?如圖所示，我們將整個框架以及任務添加接口定義為線程池的“池”，

那么在這個池子中重要的就是工作隊列、任務隊列、

以及決定工作隊列中的thread到底應該工作還是休息的回調函數。

??那么手撕線程池，我們就從這幾個關鍵點入手。

工作隊列

??worker隊列，首先要有worker才有隊列，我們首先定義worker結構體：

??可想而知，worker中要有create_pthread函數的id參數，

還需要有控制每一個worker live or die的標志terminate，

我們最好再設置一個標志表示這個worker是否在工作。

最后，我們要知道這個worker隸屬于那個線程池（至于為什么下文將介紹）

struct NWORKER{
        pthread_t threadid;		//線程id
        bool terminate;			//是否需要結束該worker的標志
        int isWorking;			//該worker是否在工作
        ThreadPool *pool;		//隸屬于的線程池
    }

??任務隊列就簡單得多了，想想編程語言中的任務應該是什么？不就是函數嘛。

所以我們只需要定義一個函數該有的東西就行了。

struct NJOB{
        void (*func)(void *arg);     //任務函數
        void *user_data;			 //函數參數
    };

線程池本池

??對于一個線程池，任務隊列和工作隊列已經是必不可少的東西了，

那線程池還有需要哪些東西輔助它以達到它該有的功能呢？

??一說到線程，那處理好線程同步就是一個繞不開的話題，

那在線程池中我們需要處理的臨界資源有哪些呢？

想想我們工作隊列中的每個worker都在等待一個任務隊列看其是否有任務到來，

所以很容易得出結論我們必須要在線程池中實現兩把鎖：

一把是用來控制對任務隊列操作的互斥鎖，

另一把是當任務隊列有新任務時喚醒worker的條件鎖。

??有了這兩把鎖，線程池中再加點必要的一些數字以及對線程池操作的函數，

那么這個類就寫完了。實現代碼如下：

class ThreadPool{
private:
    struct NWORKER{
        pthread_t threadid;
        bool terminate;
        int isWorking;
        ThreadPool *pool;
    } *m_workers;

    struct NJOB{
        void (*func)(void *arg);     //任務函數
        void *user_data;
    };
public:
    //線程池初始化
    //numWorkers:線程數量
    ThreadPool(int numWorkers, int max_jobs);
    //銷毀線程池
    ~ThreadPool();
    //面向用戶的添加任務
    int pushJob(void (*func)(void *data), void *arg, int len);

private:
    //向線程池中添加任務
    bool _addJob(NJOB* job);
    //回調函數
    static void* _run(void *arg);
    void _threadLoop(void *arg);

private:
    std::list<NJOB*> m_jobs_list;
    int m_max_jobs;		//任務隊列中的最大任務數
    int m_sum_thread;	//worker總數
    int m_free_thread;		//空閑worker數
    pthread_cond_t m_jobs_cond;      //線程條件等待
    pthread_mutex_t m_jobs_mutex;  //為任務加鎖防止一個任務
    被兩個線程執行等其他情況
};

可以看到我們做了一些必要的封裝，只給用戶提供了構造函數、

析構函數以及添加任務的函數。這也是一個基本的線程池框架必要的接口。

回調函數

static？

??根據上方代碼可以看見，回調函數為static函數。

我可不想在我使用使用回調函數的時候自動給我加上*this參數。

??首先回調函數是每個線程創建之后就開始執行的函數，

該函數作為pthread_create的第三個參數傳入。我們來看看pthread_create的函數原型：

int pthread_create(pthread_t *tidp,const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_rtn)(void*),void *arg);

注意到，此處的我們傳入的回調函數必須是接受一個void*參數，

且返回類型為void*的函數。如果我們將回調函數寫成線程池的普通成員函數，

那么c++會在這個函數參數前默認加上一個*this參數，

**這也是為什么我們能在成員函數中使用當前對象中的一些屬性。

**然而就是這個原因，若我們傳入的回調函數指針為類的成員函數，

那c++編譯器會破壞我們的函數結構（因為給我們加了一個形參），

導致pthread_create的第三個參數不符合要求而報錯：

看吧，編譯器不讓我們用non-static的成員函數作為回調函數傳入pthread_create中。

其實在c++中，大多數回調函數都有這個要求。

??那為什么static就可以呢？

這是因為static函數為類的靜態函數，當類的成員函數被static修飾后，

調用該函數將不會默認傳遞*this指針，

這也是為什么static成員函數中不能使用對象的非static屬性：

你*this指針都沒傳我上哪去找你的對象？

函數本身

??在運行回調函數的時候，我們又想用對象里的東西（比如鎖），

編譯器又不讓我們用，那怎么辦？別忘了雖然static函數沒有*this指針，

但它卻可以有一個*void的參數啊。有了這個*void，我們還怕少一個*this指針？

我們可以先寫一個static函數，將需要的對象指針通過形參傳到這個函數里，

再在這個函數中通過這個對象調用成員函數的方法，就能使用這個對象的成員屬性了。

??就像這樣：

//run為static函數
void* ThreadPool::_run(void *arg) {
    NWORKER *worker = (NWORKER *)arg;
    worker->pool->_threadLoop(arg);
}
//threadLoop為普通成員函數
void ThreadPool::_threadLoop(void *arg) {
    //在這里就能直接用當前ThreadPool對象的東西了
}

至于threadLoop的實現，由于線程是要一直存在的，

一個while(true)的循環肯定少不了了。這個循環中具體做什么呢：

不斷檢查任務隊列中是否有job：

如果有，則取出這個job，并將該job從任務隊列中刪除，且執行job中的func函數。

如果沒有，調用pthread_cond_wait函數等待job到來時被喚醒。

若當前worker的terminate為真，則退出循環結束線程。

注意在對job操作前別忘了加鎖，函數實現如下：

void ThreadPool::_threadLoop(void *arg) {
    NWORKER *worker = (NWORKER*)arg;
    while (1){
        //線程只有兩個狀態：執行\等待
        //查看任務隊列前先獲取鎖
        pthread_mutex_lock(&m_jobs_mutex);
        //當前沒有任務
        while (m_jobs_list.size() == 0) {
        	//檢查worker是否需要結束生命
            if (worker->terminate) break;
            //條件等待直到被喚醒
            pthread_cond_wait(&m_jobs_cond,&m_jobs_mutex);
        }
        //檢查worker是否需要結束生命
        if (worker->terminate){
            pthread_mutex_unlock(&m_jobs_mutex);
            break;
        }
        //獲取到job后將該job從任務隊列移出，免得其他worker過來重復做這個任務
        struct NJOB *job = m_jobs_list.front();
        m_jobs_list.pop_front();
		//對任務隊列的操作結束，釋放鎖
        pthread_mutex_unlock(&m_jobs_mutex);

        m_free_thread--;
        worker->isWorking = true;
        //執行job中的func
        job->func(job->user_data);
        worker->isWorking = false;

        free(job->user_data);
        free(job);
    }

    free(worker);
    pthread_exit(NULL);
}

原文鏈接：https://blog.csdn.net/ACMer_L/article/details/107578636

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原文鏈接：https://blog.csdn.net/ACMer_L/article/details/107578636