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c++實(shí)現(xiàn)簡單的線程池

來源：本站原創(chuàng)|時(shí)間：2020-01-10|欄目：C語言|點(diǎn)擊： 次

這是對(duì)pthread線程的一個(gè)簡單應(yīng)用

1.      實(shí)現(xiàn)了線程池的概念，線程可以重復(fù)使用。
2.      對(duì)信號(hào)量，互斥鎖等進(jìn)行封裝，業(yè)務(wù)處理函數(shù)中只需寫和業(yè)務(wù)相關(guān)的代碼。
3.      移植性好。如果想把這個(gè)線程池代碼應(yīng)用到自己的實(shí)現(xiàn)中去，只要寫自己的業(yè)務(wù)處理函數(shù)和改寫工作隊(duì)列數(shù)據(jù)的處理方法就可以了。

Sample代碼主要包括一個(gè)主程序和兩個(gè)線程實(shí)現(xiàn)類
ThreadTest.cpp：主程序
CThreadManager：線程管理Class，線程池的實(shí)現(xiàn)類
CThread：線程Class.

主程序?qū)崿F(xiàn)方法。

1.      實(shí)現(xiàn)main函數(shù)和一個(gè)需要線程處理的業(yè)務(wù)函數(shù)（例子代碼中業(yè)務(wù)函數(shù)是一個(gè)簡單的計(jì)算函數(shù)Count）。在main函數(shù)中創(chuàng)建CThreadManager的實(shí)例，產(chǎn)生線程池。這個(gè)時(shí)候，把業(yè)務(wù)函數(shù)作為函數(shù)指針傳到CThreadManager里面，最終會(huì)被線程調(diào)用。
2.      向工作隊(duì)列中放入業(yè)務(wù)函數(shù)要處理的數(shù)據(jù)。
3.      設(shè)置信號(hào)量，喚醒線程。

// 線程要執(zhí)行的函數(shù)
int Count(int nWork)
{
  int nResult = nWork * nWork;
  printf("count result is %d\n",nResult);
  return 0;
}
int main() {
  // 創(chuàng)建線程管理類的實(shí)例，把要執(zhí)行的線程函數(shù)和最大線程數(shù)傳進(jìn)去
  CThreadManager* pManager = new CThreadManager(Count, 3);
  // 把要進(jìn)行計(jì)算的數(shù)放到工作隊(duì)列中
  pManager->PushWorkQue(5);
  pManager->PushWorkQue(20);
  // 設(shè)置信號(hào)量，喚醒線程
  pManager->PostSem();
  pManager->PostSem();
  // 等待子線程執(zhí)行
  sleep(1);
  return 0;
}

CThreadManager實(shí)現(xiàn)的方法

1． 把信號(hào)量和互斥鎖等封裝成自己的函數(shù)
2． 在new方法里，循環(huán)調(diào)用CThread的new方法，啟動(dòng)一定數(shù)量（可設(shè)定）的線程，產(chǎn)生線程池。
3． 這些線程啟動(dòng)后，就會(huì)執(zhí)行CThreadManager中的ManageFuction函數(shù)。這個(gè)函數(shù)是無限循環(huán)的，保證了線程在整個(gè)程序的生命周期中不銷毀。
4． 在循環(huán)處理里面，第一行代碼就是等待一個(gè)信號(hào)量，這個(gè)信號(hào)量是由主程序進(jìn)行設(shè)置的，這個(gè)信號(hào)信號(hào)量如果沒有被設(shè)置（代表暫時(shí)沒有需要處理的工作），所有線程都在這里阻塞著。
4.      一旦信號(hào)量被設(shè)置，根據(jù)Linux線程調(diào)度機(jī)制，在阻塞的線程隊(duì)列中，其中一個(gè)線程被喚醒，可以執(zhí)行后面的代碼。
5.      從工作隊(duì)列中取出要進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)（使用互斥鎖進(jìn)行排他）
6.      通過函數(shù)指針調(diào)用main函數(shù)傳過來的業(yè)務(wù)函數(shù)，處理數(shù)據(jù)。
7.      業(yè)務(wù)函數(shù)執(zhí)行完之后，線程進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，等待新的信號(hào)量。

class CThreadManager {
  friend void* ManageFuction(void*);
private:
  sem_t m_sem;  // 信號(hào)量
  pthread_mutex_t m_mutex; // 互斥鎖
  queue<int> m_queWork; // 工作隊(duì)列
  list<CThread*> m_lstThread; // 線程list
  int (*m_threadFuction)(int); //函數(shù)指針，指向main函數(shù)傳過來的線程執(zhí)行函數(shù)
public:
  CThreadManager(int (*threadFuction)(int), int nMaxThreadCnt);
  virtual ~CThreadManager();
  int WaitSem();
  int PostSem();
  int LockMutex();
  int UnlockMutex();
  void PushWorkQue(int nWork);
  int PopWorkQue();
  int RunThreadFunction(int nWork);
};
// 線程執(zhí)行函數(shù)，它只是個(gè)殼子，處理信號(hào)量和互斥鎖等，
// 最后調(diào)用main函數(shù)傳過來的線程執(zhí)行函數(shù)來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)處理
void* ManageFuction(void* argv)
{
  CThreadManager* pManager = (CThreadManager*)argv;
  // 進(jìn)行無限循環(huán)（意味著線程是不銷毀的，重復(fù)利用）
  while(true)
  {
    // 線程開啟后，就在這里阻塞著，直到main函數(shù)設(shè)置了信號(hào)量
    pManager->WaitSem();
    printf("thread wakeup.\n");
    // 從工作隊(duì)列中取出要處理的數(shù)
    pManager->LockMutex();
    int nWork = pManager->PopWorkQue();
    pManager->UnlockMutex();
    printf("call Count function.\n");
    pManager->RunThreadFunction(nWork);
  }
  return 0;
}
// 構(gòu)造方法
CThreadManager::CThreadManager(int (*threadFuction)(int), int nMaxThreadCnt) 
{
  sem_init(&m_sem, 0, 0);
  pthread_mutex_init(&m_mutex, NULL);
  m_threadFuction = threadFuction;
  for(int i=0; i<nMaxThreadCnt; i++)
  {
    CThread* pThread = new CThread(ManageFuction, this);
    printf("thread started.\n");
    m_lstThread.push_back(pThread);
  }
}

CThread實(shí)現(xiàn)的方法

CThreadManager比較簡單，封裝了創(chuàng)建線程和join線程的函數(shù)。

CThread::CThread(void* (*threadFuction)(void*),void* threadArgv) 
{
  // 初始化線程屬性
  pthread_attr_t threadAttr;
  pthread_attr_init(&threadAttr);

  pthread_create(&m_thread, &threadAttr, threadFuction, threadArgv);
}

c++線程池，繼承CDoit，實(shí)現(xiàn)其中的start和end

/*
 * 多線程管理類
 * 
 */
 
#ifndef CTHREADPOOLMANAGE_H
#define CTHREADPOOLMANAGE_H
#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h> 
#include <list>
#include <vector>
#include <time.h>
#include <asm/errno.h>
 
#define USLEEP_TIME 100
#define CHECK_TIME 1
 
 
using namespace std;
class CDoit
{
public:
 virtual int start(void *){};
 virtual int end(){};
};
 
 
class CthreadPoolManage
{
private:
 int _minThreads;  //最少保留幾個(gè)線程
 int _maxThreads;  //最多可以有幾個(gè)線程
 int _waitSec;      //空閑多少秒后將線程關(guān)閉
 class threadInfo{
  public:
  threadInfo(){
   isbusy = false; 
   doFlag = true;
  }
  //
  pthread_mutex_t mtx=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
  bool isbusy;   //是否空閑
  bool doFlag;
  //
  time_t beginTime;     //線程不工作開始時(shí)間
  pthread_t cThreadPid; //線程id
  pthread_attr_t cThreadAttr; //線程屬性
  CDoit * doit;         //任務(wù)類
  void  * value;        //需要傳遞的值
 };
 //線程函數(shù)
 static void* startThread(void*);
 //任務(wù)隊(duì)列鎖
 pthread_mutex_t _duty_mutex;
 //任務(wù)隊(duì)列
 list<threadInfo*> _dutyList;
 //線程隊(duì)列鎖
 pthread_mutex_t _thread_mutex;
 //線程隊(duì)列
 list<threadInfo*> _threadList;
  
///初始化，創(chuàng)建最小個(gè)數(shù)線程///
void initThread(); 
///任務(wù)分配線程///
static void* taskAllocation(void*arg);
pthread_t tasktPid;
///線程銷毀、狀態(tài)檢查線程///
static void* checkThread(void* arg);
pthread_t checktPid;
bool  checkrun;
 
//線程異常退出清理
static void threadCleanUp(void* arg);
 
//
int addThread(list<threadInfo*> *plist,threadInfo* ptinfo);
 
public:
CthreadPoolManage();
/*
保留的最少線程，最多線程數(shù)，空閑多久銷毀，保留幾個(gè)線程的冗余
 */
CthreadPoolManage(int min,int max,int waitSec);
~CthreadPoolManage();
 
int start();
//任務(wù)注入器
int putDuty(CDoit *,void *);
 
int getNowThreadNum();
 
};
 
#endif // CTHREADPOOLMANAGE_H

CPP

/*
 * 線程池，線程管理類
 * 
 */
 
#include "cthreadpoolmanage.h"
 
CthreadPoolManage::CthreadPoolManage()
{
 _minThreads = 5;  //最少保留幾個(gè)線程
 _maxThreads = 5;  //最多可以有幾個(gè)線程
 _waitSec = 10;      //空閑多少秒后將線程關(guān)閉
 pthread_mutex_init(&_duty_mutex, NULL);
 pthread_mutex_init(&_thread_mutex, NULL);
 checkrun = true;
}
 
 
CthreadPoolManage::CthreadPoolManage(int min, int max, int waitSec)
{
  CthreadPoolManage();
  _minThreads = min;  //最少保留幾個(gè)線程
  _maxThreads = max;  //最多可以有幾個(gè)線程
  _waitSec = waitSec;      //空閑多少秒后將線程關(guān)閉
}
 
CthreadPoolManage::~CthreadPoolManage()
{
 
}
void CthreadPoolManage::threadCleanUp(void* arg)
{
 threadInfo* tinfo = (threadInfo*)arg;
 tinfo->isbusy = false;
 pthread_mutex_unlock(&tinfo->mtx);
 pthread_attr_destroy (&tinfo->cThreadAttr);
 delete tinfo;
}
 
void* CthreadPoolManage::startThread(void* arg)
{
 cout<<"線程開始工作"<<endl;
 threadInfo* tinfo = (threadInfo*)arg;
 pthread_cleanup_push(threadCleanUp,arg);
 while(tinfo->doFlag){
  pthread_mutex_lock(&tinfo->mtx);
  if(tinfo->doit == NULL)
  {
   cout<<"開始等待任務(wù)"<<endl;
   pthread_cond_wait(&tinfo->cond,&tinfo->mtx);
   cout<<"有任務(wù)了"<<endl;
  }
  tinfo->isbusy = true;
  tinfo->doit->start(tinfo->value);
  tinfo->doit->end();
  tinfo->doit=NULL;
  tinfo->isbusy = false;
  time( &tinfo->beginTime);
  pthread_mutex_unlock(&tinfo->mtx);
 }
 //0正常執(zhí)行到這兒不執(zhí)行清理函數(shù)，異常會(huì)執(zhí)行
 pthread_cleanup_pop(0);
 pthread_attr_destroy (&tinfo->cThreadAttr);
 delete tinfo;
 cout<<"線程結(jié)束"<<endl;
}
 
void CthreadPoolManage::initThread()
{
 int i = 0;
 for(i = 0;i<this->_minThreads;i++)
 {
   threadInfo *tinfo = new threadInfo;
   tinfo->doit = NULL;
   tinfo->value = NULL;
   tinfo->isbusy = false;
   tinfo->doFlag = true;
  // PTHREAD_CREATE_DETACHED (分離線程) 和 PTHREAD _CREATE_JOINABLE (非分離線程)
   pthread_attr_init(&tinfo->cThreadAttr);
   pthread_attr_setdetachstate(&tinfo->cThreadAttr,PTHREAD_CREATE_DETACHED );
   cout<<"初始化了一個(gè)線程"<<endl;
   if(pthread_create(&tinfo->cThreadPid,&tinfo->cThreadAttr,startThread,(void *)tinfo) != 0)
  {
  cout<<"創(chuàng)建線程失敗"<<endl;
  break;
  }
  this->_threadList.push_back(tinfo);
 }
}
 
int CthreadPoolManage::addThread(std::list< CthreadPoolManage::threadInfo* >* plist, CthreadPoolManage::threadInfo* ptinfo)
{
   threadInfo *tinfo = new threadInfo;
   tinfo->doit = ptinfo->doit;
   tinfo->value = ptinfo->value;
   tinfo->isbusy = true;
   if(pthread_create(&tinfo->cThreadPid,NULL,startThread,(void *)tinfo) != 0)
  {
  cout<<"創(chuàng)建線程失敗"<<endl;
  return -1;
  }
  plist->push_back(tinfo);
  return 0;
}
 
 
int CthreadPoolManage::putDuty(CDoit* doit, void* value)
{
 threadInfo *tinfo = new threadInfo;
 time( &tinfo->beginTime);
 tinfo->doit= doit;
 tinfo->value = value;
 pthread_mutex_lock(&_duty_mutex);
  this->_dutyList.push_back(tinfo);
 pthread_mutex_unlock(&_duty_mutex);
 return 0;
}
 
void* CthreadPoolManage::taskAllocation(void*arg)
{
 CthreadPoolManage * ptmanage = (CthreadPoolManage*)arg;
 int size_1 = 0;
 int size_2 = 0;
 int i_1 = 0;
 int i_2 = 0;
 bool a_1 = true;
 bool a_2 = true;
 threadInfo* ptinfo;
 threadInfo* ptinfoTmp;
 while(true){
   size_1 = 0;
   size_2 = 0;
   pthread_mutex_lock(&ptmanage->_duty_mutex);
   pthread_mutex_lock(&ptmanage->_thread_mutex);
   size_1 = ptmanage->_dutyList.size();
   size_2 =ptmanage->_threadList.size();
   for(list<threadInfo*>::iterator itorti1 = ptmanage->_dutyList.begin();itorti1 !=ptmanage->_dutyList.end();)
   {
  ptinfo = *itorti1;
  a_1 = true;
  for(list<threadInfo*>::iterator itorti2 = ptmanage->_threadList.begin();itorti2!=ptmanage->_threadList.end();itorti2++){
   ptinfoTmp = *itorti2;
   if(EBUSY == pthread_mutex_trylock(&ptinfoTmp->mtx))
   {
    continue;
   }
   if(!ptinfoTmp->isbusy)
   {
    ptinfoTmp->doit = ptinfo->doit;
    ptinfoTmp->value = ptinfo->value;
    ptinfoTmp->isbusy = true;
    pthread_cond_signal(&ptinfoTmp->cond);
    pthread_mutex_unlock(&ptinfoTmp->mtx);
    a_1 = false;
    delete ptinfo;
    break;
   }
   pthread_mutex_unlock(&ptinfoTmp->mtx);
    }
    if(a_1){
   if(ptmanage->_threadList.size()>ptmanage->_maxThreads||ptmanage->addThread(&ptmanage->_threadList,ptinfo)!=0)
   {
    itorti1++;
    continue;
   }else{
    itorti1 = ptmanage->_dutyList.erase(itorti1);
   }
   delete ptinfo;
    }else{
   itorti1 = ptmanage->_dutyList.erase(itorti1);
    }
   }
   pthread_mutex_unlock(&ptmanage->_duty_mutex);
   pthread_mutex_unlock(&ptmanage->_thread_mutex);
   usleep(USLEEP_TIME);
 }
 return 0;
}
 
void* CthreadPoolManage::checkThread(void* arg)
{
 CthreadPoolManage * ptmanage = (CthreadPoolManage*)arg;
 threadInfo* ptinfo;
 time_t nowtime;
 while(ptmanage->checkrun){
  sleep(CHECK_TIME);
  pthread_mutex_lock(&ptmanage->_thread_mutex);
  if(ptmanage->_threadList.size()<=ptmanage->_minThreads)
  {
   pthread_mutex_unlock(&ptmanage->_thread_mutex);
   continue;
  }
  for(list<threadInfo*>::iterator itorti2 = ptmanage->_threadList.begin();itorti2!=ptmanage->_threadList.end();){
   ptinfo = *itorti2;
   if(EBUSY == pthread_mutex_trylock(&ptinfo->mtx))
  {
   itorti2++;
   continue;
  }
  time(&nowtime);
  if(ptinfo->isbusy == false && nowtime-ptinfo->beginTime>ptmanage->_waitSec)
  {
   ptinfo->doFlag = false;
   itorti2 = ptmanage->_threadList.erase(itorti2);
  }else{
   itorti2++;
  }
  pthread_mutex_unlock(&ptinfo->mtx);
  }
  pthread_mutex_unlock(&ptmanage->_thread_mutex);
 }
}
 
int CthreadPoolManage::start()
{
 //初始化
 this->initThread();
 //啟動(dòng)任務(wù)分配線程
  if(pthread_create(&tasktPid,NULL,taskAllocation,(void *)this) != 0)
  {
  cout<<"創(chuàng)建任務(wù)分配線程失敗"<<endl;
  return -1;
  }
  //創(chuàng)建現(xiàn)程狀態(tài)分配管理線程
  if(pthread_create(&checktPid,NULL,checkThread,(void *)this) != 0)
  {
  cout<<"創(chuàng)建線程狀態(tài)分配管理線程失敗"<<endl;
  return -1;
  }
 return 0;
}
 
///////////////////////////////
int CthreadPoolManage::getNowThreadNum()
{
 int num = 0;
 pthread_mutex_lock(&this->_thread_mutex);
  num = this->_threadList.size();
 pthread_mutex_unlock(&this->_thread_mutex);
 return num ;
}

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