c++实现线程池（真实入门！）

前言

这是我们操作系统专业课的一次编程作业，作为菜鸡的我搜索了大量的线程池博客，但不是代 码太秀，比较难懂，就是实现的线程池功能太过强大，不适合入门，或是讲解重点并没解决我 的问题，而不同博客使用的头文件又不同；很难有只需一篇就能让菜鸡搞懂的博客。

所以我打算以我从零开始理解的角度完成这篇 实验报告 博客，能让最菜的菜鸡也能看懂并手 动实现一个最简单的线程池。

但要做到这一点，需要有一点点前提条件：

1. 只需要有简单的c++面向对象编程的能力。
2. 会使用win自带的 “windows.h” 头文件进行多线程编程。
3. 对线程有基本的理解。

而我们最终能得到的线程池拥有的功能有：

1. 实现线程池最基本的功能能：线程重复利用，少量线程完成大量工作（线程数<任务 数）。
2. 可自己设计任务函数，而不是简单的模拟。（同GreatThread() 传入参数的方法类似）
3. 可调节线程池的线程数，空闲线程等待时间等。
4. 可随时添加新任务，添加结束后可调用等待函数等待线程完成所有工作。
5. 不能直接接收返回值，但返回值可利用传入的参数指针传回。

基本概念

1. 为啥要有线程池
   一般的多线程编程，往往是一个线程对应一个 ‘任务’ 。但由于线程的建立于销毁也会造成一部分开销，所以当任务过多的时候，若还是一个任务对应一个线程，线程的反复建立与销毁，会造成大量的的资源浪费。

2. 什么是任务
   这一点是大部分博客都没有提及的，以我的理解，这里的任务所指的是你打算在线程函数里面完成的工作，比如打印 “hello word” 或者做一些计算之类的。
   而大部分任务往往都能封装进一个函数，所以这里的任务往往就是指一个有明确目的函数（相同函数传入不同参数也能看成不同的任务）

3. 什么是线程池
   如果我们重复利用几个线程，去完成比线程数更多的任务，那不就避免了线程建立和销毁造成的开销么。
   一句话说：线程池就是一种利用少量线程解决大量任务（线程数 < 任务数）的工具。
   而高级的线程池会从线程的数量，线程的活跃时间，任务的存取策略等角度进行优化，以达到更高效目的。

4. 如何实现
   我们可以把所有的任务放在一个队列内，并创建一定数量的线程。线程空闲时，可以自动从任务队列中取出任务，任务完成后，又进入空闲，并尝试取出下一个任务。而这，就是最简单的线程池了。

代码实现

“任务”的封装

综上所述，我们需要实现的任务需要有这样的特性：

1. 创建任务和运行任务可以不同步（不同于简单的调用函数）。
2. 因为要放入队列，所以需要有具体的数据结构。
3. 需要固定任务的格式（总不能让用户随便传入啥类型的函数都行吧，得规范一下）

解决方案：

首先，统一任务函数的格式：”参数为 void 指针，返回值为void（没有返回值）“。

这样的话，利用void指针可以指向任何数据的特性，任务函数可以传入任意类型的参数了，也可以利用指针传回返回值。

// 声明fp_return_void类型
typedef void(*fp_return_void)(void *paramter);

见：函数指针的用法

其次，将函数指针和参数指针分开来， 并进行封装，想运行函数的时候，直接调用函数指针并把参数传入即可（见run()成员函数）

class Task
{
   
   
private:
	// 函数指针和参数指针
	fp_return_void fp;
	void *paramter;

	// 构造函数，需传入函数指针和参数指针
	Task(fp_return_void fp, void *param) :
		fp(fp), paramter(param) {
   
   }

	// 运行任务
	void run()
	{
   
   
		fp(paramter);
	}

public:// 声明为线程池的友元类
	friend class KyThreadPool;

};

Task使用方法：

// 声明自己的任务函数
void FuncName(void *lpParamter)
{
   
   
	int *pmd = (int *)lpParamter;// 假设需要传入int指针，(int *)表示强制类型转换，相当于告诉函数void指针指向的是int类型。
	cout << "task " << pmd[0] << " is working!\n";
}

//声明参数
int x = 1;
int *p = &x;

// 声明一个任务
Task onetask(FuncName, p); 
onetask.run(); // 运行任务

线程池框架构建

根据线程池的概念，线程池的主体必要两个东西：

1. 线程函数，有任务的时候做任务，没任务的时候等任务，等久了就自动结束。
2. 任务队列，用于存放任务，供线程函数提取任务用。（见：STL队列用法）

还需要一些池子的参数：

1. 核心线程数/最大线程数（为了简便，假设核心线程数 = 最大线程数）
2. 空闲线程等待时间，空闲线程也会占用cpu，所以不能让空闲线程活太久
3. 现存线程数量，活跃线程数量，线程结束标志等，用于管理线程

以及几个供给用户使用的函数：

1. 等待线程池函数，线程停止接收任务，等待剩余线程完成任务。
2. 重启线程池函数，使线程池重新工作
3. 添加任务函数，用于增加一个任务到队列中。