C++实现的线程池

原创已于 2023-07-06 21:07:11 修改 · 321 阅读

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#c++

于 2023-07-05 22:18:02 首次发布

该文介绍了在Windows11环境下，使用C++17和VS2022开发的一个线程池库my_thread_pool。它支持FIFO和LIFO两种任务调度策略，任务调度通过接口Task_Control抽象，实现类包括Task_FIFO（先进先出）和Task_LIFO（先进后出）。线程池使用了互斥锁保证并发安全，并且计划通过插件模式扩展更多任务调度策略。在main.cpp中，展示了如何创建线程池并添加任务进行测试。

文章目录

my_thread_pool

my_thread_pool

环境

windows11
C++17
vs2022

思路

任务调度

FIFO(先进先出)和LIFO(先进后出)。
以task_control为接口

class Task_Control
{
public:
    //添加任务
    virtual void Add_Task(Task task) = 0;
    //添加任务                   
    virtual void Add_Task(std::string name, callback f, void* arg) = 0;
    //取出任务       
    virtual Task take_Task() = 0;
    //返回任务数量                           
    virtual int return_task_number() = 0;
protected:
    Task_Control();
    ~Task_Control();
private:
};

以task_fifo和task_lifo继承接口并实现功能

//先进先出
class Task_FIFO :public Task_Control
{
public:
    //添加任务
    void Add_Task(Task task);
    //添加任务                   
    void Add_Task(std::string name, callback f, void* arg);
    //取出任务       
    Task take_Task();
    //返回任务数量                           
    int return_task_number();
protected:

private:
    std::queue<Task> Task_Queue;
    std::mutex m_mutex;    //互斥锁
};

//先进后出
class Task_LIFO :public Task_Control
{
public:
    //添加任务
    void Add_Task(Task task);
    //添加任务                   
    void Add_Task(std::string name, callback f, void* arg);
    //取出任务       
    Task take_Task();
    //返回任务数量                           
    int return_task_number();
protected:

private:
    std::stack<Task> Task_Stack;
    std::mutex m_mutex;    //互斥锁
};

task_fifo实现用队列queue
task_lifo实现用栈stack
以ioc容器来注册这两个接口类，方便线程池调用。
这个任务调度只用一把锁，需要改变或读取线程池内的私有量就上锁，完事后解锁。
未来实现

未来将利用插件模式，这样可以不局限于这两个接口，可以实现诸如随机取任务的类task_random.

线程池

指定任务调度方式，利用ioc容器，生成所需的任务调度.。

//注册任务调度
	ioc.registerType<Task_Control,Task_FIFO>("fifo");
	ioc.registerType<Task_Control, Task_LIFO>("lifo");

	//获取任务调度
	task_control = ioc.resolve<Task_Control>(control);
	if (task_control == nullptr)
	{
		std::cout << "error：没有:" << control << "类型的任务调度" << std::endl;
	}

指定工作线程数目，生成对应数量的工作线程

//创建工作线程
		for (int i = 0; i < thread_num; i++)
		{
			std::thread *Thread = new std::thread(worker,this);
			threadIDs[Thread->get_id()] = Thread;
		}

工作线程用hash表存放

std::unordered_map<std::thread::id, std::thread*> threadIDs;//存放工作线程

工作线程从任务容器中获取一个任务执行，任务执行完成后再取一个任务出来执行。没有任务就等待任务，除非收到结束指令。

		pool->m_mutex.lock();
		if (pool->shut_down == true)
		{
			pool->m_mutex.unlock();
			return;
		}
		if (pool->task_control->return_task_number() == 0)
		{
			pool->m_mutex.unlock();
			continue;
		}
		Task task = pool->task_control->take_Task();
		pool->busy_num++;
		pool->m_mutex.unlock();
		
		//执行任务
		task.fun(task.arg);

		printf("%s任务执行完成----------------by 工作thread: %d \n",task.name.c_str(),std::this_thread::get_id());

		delete task.arg;
		task.arg = NULL;

一个管理者线程
管理者线程每隔一秒判断是否需要关停线程池

while (true)
	{
		//每隔1秒检测一次
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

		//获取数据
		pool->m_mutex.lock();
		std::string msg = "总线程数:" + std::to_string(pool->thread_num)
			+ " 当前忙碌线程数:" + std::to_string(pool->busy_num);
		std::cout << msg << std::endl;

		if (pool->busy_num == 0 && pool->task_control->return_task_number() == 0)
		{
			//下达关闭所有线程指令
			pool->shut_down = true;
			pool->m_mutex.unlock();
			return;
		}
		pool->m_mutex.unlock();
	}

整个线程池只用一把锁，需要改变或读取线程池内的私有量就上锁，完事后解锁。

代码文件

gitee地址

测试

main.cpp

#include "Thread_Pool.h"
#include <iostream>
#include <string>
#include <windows.h>
void fun(void *arg)
{
    Sleep(3000);
}

int main()
{
    Thread_Pool tp(4, "lifo");

    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        tp.addTask(Task(std::to_string(i),fun,nullptr));
    }
    std::cout << "ok\n";
    return 0;
}