线程池概念与应用

一、线程池概念与应用

• 基本概念

如果进程中的线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。比如线程频繁创建和销毁会带来极大的开销。通常用户更加关心的是任务可以并发执行，并不想管理线程的创建，销毁和调度。所以可以利用数据结构将需要处理的任务处理成队列，交由线程池(Thread Pool)统一执行，可以提升任务的执行效率。

• 设计思想

线程池的核心思想是线程复用。在没有线程池的情况下，每次执行任务时都需要创建一个新线程，任务完成后销毁线程。这种频繁的线程创建和销毁会带来很大的性能开销，尤其是线程创建时的内存分配、上下文切换以及线程销毁时的资源回收。

预先创建了一组线程，并将这些线程放入线程池中。当有任务需要执行时，线程池会从池中取出一个空闲线程来执行任务，任务完成后线程不会被销毁，而是返回到线程池中继续等待下一个任务。这样就可以避免频繁创建和销毁线程，提高系统的性能。

采用线程池维护多个线程，等待监督管理者分配可并发执行的任务。这种做法避免了处理任务时创建销毁线程开销的代价，也避免了线程数量膨胀导致的过分调度问题，保证了对内核的充分利用。

从上图可以看到，线程被创建出来之后，都处于睡眠态，它们实际上是进入了条件量的等待队列中。而任务都被放入一个链表，被互斥锁保护起来。下面是线程池里面线程们的一生：

1. 被创建
2. 写遗书（准备好退出处理函数，防止在持有一把锁的状态中死去），提示：不需要反复
3. 试图持有互斥锁（等待任务）
4. 判断是否有任务，若无则进入条件量等待队列睡眠，若有则进入第5步
5. 从任务链表中取得一个任务
6. 释放互斥锁
7. 销毁遗书（将备用的退出处理函数弹出，避免占用内存），提示：不需要反复
8. 执行任务，完毕之后重回第2步

任务实质上是用户需要交给线程池执行的函数，为了方便线程们执行，一般做法是将函数（即函数指针）及其参数存入一个任务节点，并将节点链成一个链表，形成一个队列。

• 接口说明

练习：设计程序，实现批量拷贝文件的功能，比如本地磁盘上有1个用于存储BMP图片的文件夹，文件夹中有若张帧BMP文件，要求主线程先创建一条子线程，子线程读取该目录下的所有BMP图片的名称（利用目录检索实现），把每个BMP图片的名称和路径构造为一个字符串（表示BMP图片的绝对路径），把这个字符串作为任务的参数，构造为一个任务结点，然后把每个任务结点链在一起形成链队（单向链表实现），然后主线程等待该子线程结束（pthread_join）。

然后主线程创建一个线程池（线程池中应该默认存在一些核心线程），然后把任务队列中的所有任务都添加到线程池中，要求每个线程都会输出一些提示信息（比如在开始拷贝之前，输出”cpoy start.....”，拷贝完成后输出”copy done!”）

拓展要求：要求每个线程在拷贝文件的时候显示拷贝的进度条(linux风格 [#########] )(提示：应该先计算出文件的总大小（以字节为单位），可以使用stat函数获取文件属性中的文件大小，然后计算出当前已经读取出来的字节数量，进行百分比的计算)。