掰開揉碎了教你設計線程池！還不來學？
大家好，我是作者小杰，我在學習線程池的時候也曾查閱過各種資料，但是感覺大佬寫的很好但是寫的不夠詳細，寫的詳細的設計思路又很簡單，所以我的出發點就是讓讀者可以清晰明確的看懂整個設計思想和設計過程，可以舉一反三，在今后內存池等方面也可以游刃有余的設計出來!好了，正文開始~
線程池設計思路
線程池是什么
我們先來打個比方，線程池就好像一個工具箱，我們每次需要擰螺絲的時候都要從工具箱里面取出一個螺絲刀來，有時候需要取出一個來擰，有時候螺絲多的時候需要多個人取出多個來擰，擰完自己的螺絲那么就會把螺絲刀再放回去，然后別人下次用的時候再取出來用。也許我的例子不是太完美，但是我想我已經基本闡述清楚了線程池。說白了線程池就是相當于提前申請了一些資源也就是線程，需要的時候就從線程池中取出線程來處理一些事情，處理完畢之后再把線程放回去。
線程池介紹
為什么需要線程池
我們來思考一個問題，為什么需要線程池呢?假如沒有線程池的話我們每次調用線程是什么樣子的?顯然首先是先創建一個線程，然后再把任務交給這個線程，最后再把這個線程銷毀掉。那么如果我們改用線程池的話，我們在程序運行的時候就會首先創建一批線程，然后交給線程池來管理。有需要的時候我們把線程拿出去處理任務，不需要的時候我們再回收到線程池中，這樣是不是就避免了每次都需要創建和銷毀線程這種消耗時間的操作。有人會說你使用線程池一開始就消耗了一些內存，之后一直不釋放這些內存，這樣豈不是有點浪費。其實這是類似于空間換時間的概念，我們確實多占用了一點內存但是這些內存和我們珍惜出來的這些時間相比，是非常劃算的。
池的概念是一種非常常見的空間換時間的概念，除了有線程池之外還有進程池、內存池等等。其實他們的思想都是一樣的就是我先申請一批資源出來，然后就隨用隨拿，不用再放回來。聽到這兒是不是有種云計算的思想了，他們道理都是一樣的。
如何設計線程池
現在硬核的知識要開始了，請坐穩扶好、抓緊扶手~
二話不說，先上圖看看，我們要設計的線程池長什么樣子!
線程池的設計
設計思路
我們需要一個線程池類，那么線程池類中都需要哪些東西呢?我們庖丁解牛來看一看
- 我們需要存放我們創建好的線程，因此我們需要一個容器專門放線程
- 需要一個容器來存放我們的任務，每次把任務放到這個容器里面
- 由于是多線程的讀取任務，所以必不可少的我們需要鎖，每次讀取任務需要加鎖和解鎖
- 我們需要判斷什么時候終止，因此還需要一個判斷終止的變量
為了避免輪詢的判斷任務集裝箱里面是不是空的，這樣效率太低了，因此我們這里采用條件變量
這里來說明一下什么是條件變量。條件變量是并發編程中的一種同步機制，條件變量使得線程能夠阻塞到等待某個條件發生后，再繼續執行，期間還會把之前拿到的鎖先釋放掉，不影響其它人拿這把鎖。因此條件變量十分強大而高效。(條件變量和鎖將會在我多線程文章中詳細講解，這里不是重點，所以不再展開細講)
接下來我們來研究一下線程池中需要有哪些操作呢?
- 將任務添加到線程池中的操作，并且這時應該通知線程可以來取任務來執行了
- 一個循環操作，不斷地等待任務集裝箱里面有數據來執行，也就是初始化完畢后需要做的事情
- 通過改變終止變量來讓上面循環停止的操作
好了，到此已經詳細的把設計思路寫清楚了，接下來該看具體的實現了
線程池的實現
接下來先來看一看線程池類是怎么實現的，注釋已經很詳細了，就不多說了直接上代碼。
- class CThreadMangerPool
- {
- public:
- CThreadMangerPool(void):is_runing(false){};
- bool init(int threadnum);//初始化函數
- ~CThreadMangerPool(void);
- void Run(void); //執行函數
- void stop(void); //用來終止循環的函數
- void addTask(ThreadTask* task);//向任務集裝箱中添加任務的函數
- private:
- bool CreateThreads(int threadnum = 5);
- std::vector<std::shared_ptr<std::thread>> threadsPool; //線程集裝箱，用來存放線程
- std::list<std::shared_ptr<ThreadTask>> threadTaskList; //任務集裝箱，用來存放線程執行的任務
- std::condition_variable threadPool_cv; //條件變量
- std::mutex threadMutex; //互斥鎖
- //std::vector<std::shared_ptr<CTcpClient>> tcpClients;
- bool is_runing; //終止變量
- };
我們來幾個重點的函數實現~
在Run函數中，我們設計了一個循環，不斷地執行等待并取出任務執行，如果沒有的任務可以執行的話就睡眠等待(用之前提到的條件變量來實現)
注意這里使用了一個手法，我們用while來判斷任務集裝箱中的數據是不是空的，是因為類似于進程的驚群現象，這里出現條件變量的虛假喚醒。(在這里并不是重點就不展開講了，會在我文章的多線程處詳細講解)
- void CThreadMangerPool::Run(){
- std::shared_ptr<ThreadTask> task;
- while(true){ //處在循環中
- std::unique_lock<std::mutex> guard(threadMutex);//利用RALL來管理鎖，不用手動釋放
- while(threadTaskList.empty()){ // 這里防止條件變量的虛假喚醒，所以不用if判斷
- if (!is_runing)
- break;
- threadPool_cv.wait(guard); //條件變量的使用
- }
- if (!is_runing) //同上 都是判斷如果未啟動或者調用了stop函數都會退出循環
- break;
- task = threadTaskList.front(); //取出任務
- threadTaskList.pop_front(); //把任務從容器中拿走
- if (task == NULL)
- continue;
- task->DoIt(); //執行任務處理函數
- task.reset(); //重置指針
- }
- }
接下來看看增加任務的函數是怎么實現的
- void CThreadMangerPool::addTask(ThreadTask* task){
- std::shared_ptr<ThreadTask> ptr; //創建一個指向任務的智能指針
- ptr.reset(task);
- {
- std::lock_guard<std::mutex> guard(threadMutex); //同樣是用RALL來管理鎖，免去手動釋放
- threadTaskList.push_back(ptr); //往任務集裝箱中添加任務
- }
- threadPool_cv.notify_all(); //通知線程可以執行了，就是喚醒剛才在條件變量處睡眠的條件
- }
好了，重點函數已經看完了，其他的輕松就可以實現包括初始化函數，終止函數等等
完結撒花~
