Linux 通用线程池的实现

最新推荐文章于 2021-05-06 01:55:21 发布

iteye_19583

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本文讨论了Linux线程池的设计难点及优化方法，包括自动阻塞、动态线程数调整等特性，通过引入预创建技术显著提高服务器处理大量连接请求的效率。文章详细介绍了线程池的类结构和工作流程，展示了如何通过源代码实现线程池的高效运行，最终通过测试程序验证了线程池中线程数的动态变化能力。

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用百度搜索一下“Linux线程池”，很出现很多个结果，有的提供的源程序是可以使用的，但仔细分析后，发现其设计结构的并不太合理。线程池的设计有两个难点。1、在池中线程完成一个任务后自动阻塞，并等待被唤醒。2、池中的空闲线程数会随着任务的多少而有一个动态的变化，如任务多而空闲线程过少时，程序会创建新的线程来补充；当任务少而空闲线程过多时，程序会取消一些空闲线程以节约系统资源。Linux系统的一个进程最多支持2024个线程。

一些网络服务器在单位时间内需要处理大量的连接请求，但服务的时间去很短。使用普通的方法，即接收一个服务请求，创建一个服务线程方法来提供服务，会浪费系统很多资源。因为线程的创建和销毁己经占用了大量的CPU。而使用线程池方法能够很好的解决这一问题。

线程池采用预创建技术，在应用程序启动后，立即创建一定数量的线程，并让这些线程处于阻塞状态，（即空闲线程）不消耗CPU，只占用较小的内存空间。当任务来临时，应用程序即唤醒一个空闲的线程，并处理此任务。当此线程处理完任务后，重新回到阻塞状态，并不退出。当系统比较空闲时，大部分线程处于空闲状态，线程池会自动销毁一些线程，回收系统资源。

下面一个线程池构架。不同于一些网友对线程池的设计，此构架更为简单。程序是根据一网络上现有程序修改的，链接地址：<a target="_blank" href="http://cppthreadpool.googlecode.com/svn/trunk/">http://cppthreadpool.googlecode.com/svn/trunk/</a>，有兴趣的话可以自己去看源代码，在这里不做过多介绍。

线程池共有两个类，WorkThread 和 ThreadPool。WorkThread是工作线程类，即线程池中线程所需执行的任务。当有一个新的WorkerThread对象到达时，即有一个处于阻塞状态的线程被唤醒。

class WorkerThread{
public:
 intid;

unsigned virtual executeThis()

{ return 0; }

WorkerThread(int id) : id(id) {} virtual~WorkerThread(){} }；

ThreadPool类负责对线程池进行管理，包括：创建新线程、线程间的同步、把新的任务加入到工作队列中、让池中的线程数动态的改变。其类声明如下：

class ThreadPool{
public:
ThreadPool(); ThreadPool(int maxThreadsTemp); virtual~ThreadPool();

void destroyPool(int maxPollSecs);

bool assignWork(WorkerThread *worker); boolfetchWork(WorkerThread **worker);

void initializeThreads(); static void*threadExecute(void *param);

static pthread_mutex_t mutexSync; staticpthread_mutex_t mutexWorkCompletion; protected: staticvoidMoveToBusyList(pthread_tid);//moveand idle thread to busy thread staticvoidMoveToIdleList(pthread_t id);

void CreateIdleThread(int num); voidDeleteIdleThread(int num);

pthread_mutex_tm_VarMutex;//mutex for var

pthread_mutex_tmutexThreadList;

static pthread_mutex_t mutexBusyList; staticpthread_mutex_t mutexIdleList;

private:
 unsigned intm_InitNum;

unsigned int m_MaxNum; unsigned intm_AvailLow; unsigned intm_AvailHigh; //unsignedint m_AvailNum;

sem_tavailableWork; //sem_tavailableThreads;

vector<pthread_t>m_ThreadList;//ThreadList staticvector<pthread_t>m_BusyList;//BusyList

staticvector<pthread_t>m_IdleList;//IdleList

vector<WorkerThread *>workerQueue;

//int topIndex; //intbottomIndex; intincompleteWork;//number of works be done

intqueueSize;//thesize of workQueue

};

在源程序上进行了适当的修改，使得池中的空闲线程数可以动态的变化。创建一个线程后，立即此线程的ID存入m_ThreadList 和 m_IdleList队列中，通过调用fetchWork函数将自己置于阻塞状态。当workerQueue中没有任务等待执行，fetchWork执行sem_wait()即处于阻塞状态。当有新的任务加入到workerQueue 中，availableWork 信号执行一次 sem_post操作，唤醒一个空闲线程。线程被唤醒后，其ID号被添加到 m_BusyList队列中，执行完任务后，ID号在 m_BusyList队列中被删除，再添加到 m_IdleList 队列中。

应用程序所创建的线程总数不能超过m_MaxNum，池中的线程总数不高于m_MaxNum时，空闲线程维持在 m_AvailLow之上，同样，当空闲线程数高于m_AvailHigh时，程序会自动销毁一些线程，使空闲线程数目维持在一个合理的范围内。

调用的实现方法如下：

int main(int argc, char **argv)
{

ThreadPool* myPool = new ThreadPool(20); myPool->initializeThreads();

//We will count time elapsed after initializeThreads() time_tt1=time(NULL);

//Lets start bullying ThreadPool with tonnes of work !!! for(unsignedint i=0;i<ITERATIONS;i ){ SampleWorkerThread* myThread = new SampleWorkerThread(i); cout << "myThread["<< myThread->id<< "] = ["<< myThread<< "]"<< endl; myPool->assignWork(myThread); } sleep(10);

for(unsigned int i=0;i<ITERATIONS;i ){ SampleWorkerThread* myThread = new SampleWorkerThread(i); cout << "myThread["<< myThread->id<< "] = ["<< myThread<< "]"<< endl; myPool->assignWork(myThread); }

sleep(10); myPool->destroyPool(2);

time_t t2=time(NULL); cout<< t2-t1<< " seconds elapsed\n"<< endl; deletemyPool; return0; }

通过这个测试程序，我们可以看到池中的线程数动态的变化。

ThreadPool的实现代码过长，受篇幅限制不便于发表，如有需要可以留言。