线程池的设计

一.什么是线程池?

线程池就是创建若干个可执行的线程放到容器中，有任务处理时，会提交到线程池中的任务队列中，线程处理完不是销毁，而是阻塞等待下一个任务。

二.为何要使用线程池?

• 降低资源消耗。重复利用创建好的线程减少线程创建和销毁造成的损耗。
• 提高响应速度。当任务到来时，不用等待创建就可以立即执行

三.线程池的设计实现

1、线程池的内部结构主要由四部分组成

•         1、第一部分是线程池管理器，它主要负责管理线程池的创建、销毁、添加任务等管理操作，它是整个线程池的管家。
•         2、第二部分是工作线程，也就是图中的线程 t0~t9，这些线程勤勤恳恳地从任务队列中获取任务并执行。
•         3、第三部分是任务队列，作为一种缓冲机制，线程池会把当下没有处理的任务放入任务队列中，由于多线程同时从任务队列中获取任务是并发场景，此时就需要任务队列满足线程安全的要求，所以线程池中任务队列采用 BlockingQueue 来保障线程安全。
•          4、 第四部分是任务，任务要求实现统一的接口，以便工作线程可以处理和执行。

 C++实现一:

pthread_pool.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <queue>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

using std::endl;
using std::cin;
using std::cout;
using std::queue;

template<class T>
class PthreadPool {
public:
    PthreadPool(int num = 8)
        :_num(num) {
        pthread_mutex_init(&_lock, NULL);
        pthread_cond_init(&_cond, NULL);
    }
    ~PthreadPool() {
        pthread_mutex_destroy(&_lock);
        pthread_cond_destroy(&_cond);
    }
    void Lock() {
        pthread_mutex_lock(&_lock);             //上锁
    }
    void Unlock() {
        pthread_mutex_unlock(&_lock);           //解锁
    }
    void WakeUp() {                             //唤醒进程, 通知消费者线程有任务了
        pthread_cond_signal(&_cond);            //唤醒单个进程
    }
  void Wait() {                                 //没有任务, 消费者线程先阻塞起来等待任务
        pthread_cond_wait(&_cond, &_lock);      //条件变量要和一个锁关联起来才可以
    }
    bool IsEmptyQueue() {
        return _taskqueue.empty();
    }
    static void* Routine(void* args)
    {
        PthreadPool* self = (PthreadPool*)args;
        while (1) {
            self->Lock();
            while (self->IsEmptyQueue()) {       //while  防止伪唤醒,
                //wait
                self->Wait();
            }
            //说明存在 task了/
            T t;
            self->PopTask(t);
            self->Unlock();
            t.Run();                            //解锁后处理任务.... 做啥???
        }
    }
    void PushTask(const T& in) {                //传入参数, push task
        Lock();
        _taskqueue.push(in);                    //操作临界资源加锁
        Unlock();
        WakeUp();
    }
    void PopTask(T& out) {                       //传出参数 拿取任务
        out = _taskqueue.front();                //拿取pop任务
        _taskqueue.pop();                        //任务队列pop 任务
    }
    void InitPthreadPool() {
        pthread_t tid;
        for (int i = 0; i < _num; ++i) {
            pthread_create(&tid, NULL, Routine, this);
            pthread_detach(tid);                 //回收线程资源
        }
    }

private:
    int _num;                                   //工作线程的数目
    queue<T> _taskqueue;                        //任务队列
    pthread_mutex_t _lock;                      //锁保证临界资源的互斥访问
    pthread_cond_t _cond;                       //条件变量控制资源到来时候的唤醒工作
};

task.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <pthread.h>
using std::endl;
using std::cout;
using std::cerr;
//typedef int (*handler_t ) (int, int, char);

class Task {
public:
    Task(int x = 1, int y = 1, char op = '+')                //默认构造
        : _x(x)
        , _y(y)
        , _op(op)
    {}
    ~Task(){}
    void Run()
    {
        int z = 0;
        switch(_op)
        {
            case '+':
               {
                    z = _x + _y;
                    break;
                }
            case '-':
            {
                z = _x - _y;
                break;
            }
            default:
            {
                cerr << "not support operator!" << endl;
                break;
            }
        }
        cout << "thread: [" << pthread_self() << "]: "<< _x << _op << _y << "=" << z << endl;
    }

private:
    int _x;
    int _y;
    char _op;
};

main.cpp

   PthreadPool<Task> * tp = new PthreadPool<Task>();
    tp->InitPthreadPool();
    srand((unsigned long)time(nullptr));
    const char* ops = "+-*/%";
    while (1) {
        int x = rand() % 123 + 1;
        int y = rand() % 123 + 1;
        Task t(x, y, ops[rand() % 5]);
        tp->PushTask(t);
    sleep(1);
    }