【Linux】线程——线程池、线程池的实现、线程安全的线程池、单例模式的概念、饿汉和懒汉模式、互斥锁、条件变量、信号量、自旋锁、读写锁

Linux线程

7. 线程池

  线程池是一种多线程编程中的技术和概念。

  它是一种线程使用模式。是一组预先创建好的线程集合，这些线程处于等待状态，随时准备接受任务并执行。

  

7.1 线程池介绍

为什么使用线程池

  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。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。

  

线程池的应用场景

  （1）需要大量的线程来完成任务，且完成任务的时间比较短。 WEB服务器完成网页请求这样的任务，使用线程池技术是非常合适的。因为单个任务小，而任务数量巨大，你可以想象一个热门网站的点击次数。 但对于长时间的任务，比如一个Telnet连接请求，线程池的优点就不明显了。因为Telnet会话时间比线程的创建时间大多了。

  （2）对性能要求苛刻的应用，比如要求服务器迅速响应客户请求。

  （3）接受突发性的大量请求，但不至于使服务器因此产生大量线程的应用。 突发性大量客户请求，在没有线程池情况下，将产生大量线程，虽然理论上大部分操作系统线程数目最大值不是问题，短时间内产生大量线程可能使内存到达极限，出现错误。

  

使用线程池的优点

  （1）提高性能：避免了频繁创建和销毁线程的开销，因为线程的创建和销毁是比较耗时的操作。

  （2）控制资源：可以限制线程的数量，防止过多的线程竞争系统资源，导致系统性能下降甚至崩溃。

  （3）提高响应性：能够更快地响应新的任务请求，因为线程已经准备好，无需等待线程创建。

  

7.2 线程池的实现

线程池示例

  （1）创建固定数量线程池，循环从任务队列中获取任务对象。

  （2）获取到任务对象后，执行任务对象中的任务接口。

  

执行任务：

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>

std::string opers="+-*/%";

enum{
   
    DivZero=1,
    ModZero,
    Unknown
};

class Task
{
   
public:
    Task()
    {
   }
    
    Task(int x,int y,char op)
        :_data1(x),_data2(y),_oper(op),_result(0),_exitcode(0)
    {
   }

    void run()
    {
   
        switch (_oper)
        {
   
        case '+':
            _result=_data1+_data2;
            break;
        case '-':
            _result=_data1-_data2;
            break;
        case '*':
            _result=_data1*_data2;
            break;
        case '/':
            {
   
                if(_data2==0) _exitcode=DivZero;
                else _result=_data1/_data2;
            }
            break;
        case '%':
            {
   
                if(_data2==0) _exitcode=ModZero;
                else _result=_data1%_data2;
            }
            break;
        default:
            _exitcode=Unknown;
            break;
        }
    }

    //Task对象重载运算符(),()直接进行run函数
    void operator()()
    {
   
        run();
    }

    std::string GetResult()
    {
   
        std::string r=std::to_string(_data1);
        r+=_oper;
        r+=std::to_string(_data2);
        r+="=";
        r+=std::to_string(_result);
        r+="[code: ";
        r+=std::to_string(_exitcode);
        r+="]";

        return r;
    }

    std::string GetTask()
    {
   
        std::string r=std::to_string(_data1);
        r+=_oper;
        r+=std::to_string(_data2);
        r+="=?";
        return r;
    }

    ~Task()
    {
   }

private: 
    int _data1;
    int _data2;
    char _oper;

    int _result;
    int _exitcode;
};

  

线程池：

#pragma once

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <string>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include "Task.hpp"

struct ThreadData
{
   
    pthread_t tid;
    std::string name;
};

static const int defaultnum=5; //默认线程数量

//实现我们的线程池
template<class T>
class ThreadPool
{
   
public:
    void Lock()
    {
   
        pthread_mutex_lock(&_mutex);
    }

    void Unlock()
    {
   
        pthread_mutex_unlock(&_mutex);
    }

    void Wakeup()
    {
   
        pthread_cond_signal(&_cond);
    }

    void ThreadSleep()
    {
   
        pthread_cond_wait(&_cond