目錄
前言
本文主要學(xué)習(xí) Linux內(nèi)核編程 ，結(jié)合 Visual Studio 2019 進(jìn)行跨平臺(tái)編程，內(nèi)容包括線程池介紹以及線程池封裝
一、線程池介紹
線程池基本概念
- 線程池 是預(yù)先創(chuàng)建線程的一種技術(shù) （服務(wù)器真正意義上實(shí)現(xiàn)高并發(fā)就必須用線程池）
- 舉個(gè)例子：生活中的水池，是裝東西的容器，用來(lái)裝水的，線程池當(dāng)然就是拿來(lái)裝線程的
- 線程池在任務(wù)還沒有到來(lái)之前，創(chuàng)建一定數(shù)量的線程，放入空閑隊(duì)列中，這些線程都是處于阻塞狀態(tài)，不消耗CPU，但占用較小的內(nèi)存空間
- 當(dāng)新任務(wù)到來(lái)時(shí)，緩沖池選擇一個(gè)空閑線程，把任務(wù)傳入此線程中運(yùn)行，如果緩沖池已經(jīng)沒有空閑線程，則新建若干個(gè)線程，當(dāng)系統(tǒng)比較空閑時(shí)，大部分線程都一直處于暫停狀態(tài)，線程池自動(dòng)銷毀一部分線程，回收系統(tǒng)資源
線程池組成部分
- 線程池類
維護(hù)工作者線程隊(duì)列（包括空閑與忙碌隊(duì)列）
維護(hù)一個(gè)任務(wù)隊(duì)列
維護(hù)一個(gè)線程池調(diào)度器指針
- 線程池調(diào)度器 （本身也是一個(gè)線程）
負(fù)責(zé)線程調(diào)度
負(fù)責(zé)任務(wù)分配
- 工作者線程類 （線程池中的線程類的封裝）
- 任務(wù)隊(duì)列
- 任務(wù)接口 （實(shí)際的業(yè)務(wù)邏輯都繼承自該接口）
線程池工作原理
根據(jù)服務(wù)器的需要，來(lái)設(shè)置線程的數(shù)量，可能是10條、20條、30條，根據(jù)服務(wù)器的承載，10條不代表只能做10個(gè)任務(wù)，總有任務(wù)做的快，有的做的慢，可能可以完成20個(gè)任務(wù)
舉個(gè)例子：如上動(dòng)圖所示，當(dāng)我們服務(wù)器收到一個(gè)注冊(cè)業(yè)務(wù)，是一個(gè)服務(wù)器要執(zhí)行的任務(wù)，它會(huì)進(jìn)入到任務(wù)隊(duì)列，隊(duì)列先進(jìn)先出，順次執(zhí)行，任務(wù)會(huì)喚醒空閑列表當(dāng)中的一個(gè)空閑的線程，接到任務(wù)之后，空閑線程會(huì)從空閑列表中消失，進(jìn)入到忙碌列表，去完成對(duì)應(yīng)的任務(wù)，完成任務(wù)后，從忙碌列表中出去，到空閑列表繼續(xù)等待新任務(wù)
如果，所有的線程都在忙，都在做任務(wù)，這時(shí)候登錄進(jìn)來(lái)，先進(jìn)入任務(wù)隊(duì)列，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程來(lái)接這個(gè)任務(wù)，當(dāng)所有線程都完成任務(wù)，回到空閑列表后，新創(chuàng)建的線程銷毀，留下原先設(shè)置的對(duì)應(yīng)數(shù)量線程（類似，保留老員工，把實(shí)習(xí)生裁員）
- 隊(duì)列： 先進(jìn)先出
- 空閑列表（鏈表）： 不定長(zhǎng)（有的時(shí)候可能需要?jiǎng)?chuàng)建新線程來(lái)接任務(wù)）
- 忙碌列表（鏈表）： 不定長(zhǎng)（有的時(shí)候可能需要?jiǎng)?chuàng)建新線程來(lái)接任務(wù)）
話不多說，咱們上號(hào)，封裝一下線程池相關(guān)函數(shù)，來(lái)進(jìn)行測(cè)試
二、線程池代碼封裝
main.cpp
- 主函數(shù)，設(shè)置10條線程，來(lái)執(zhí)行30個(gè)任務(wù)
#include #include #include “ThreadPool.h”#include “ChildTask.h”using namespace std;int main(){ThreadPool* pool = new ThreadPool(10);//10條線程for (int i = 0; i pushTask(task);}while (1) {}return 0;}
ThreadPool.h
- 對(duì)線程池進(jìn)行設(shè)計(jì)，核心包括 最大、最小線程數(shù) ， 忙碌列表 ， 空閑列表 ， 任務(wù)隊(duì)列 ， 互斥量 ， 條件變量 ，以及 線程執(zhí)行函數(shù)
#pragma once#include //隊(duì)列#include //鏈表頭文件#include //線程頭文件#include //find查找#include #include “BaseTask.h”using namespace std;#define MIN_NUM 10//最小值 默認(rèn)參數(shù)class ThreadPool{public:ThreadPool(const int num = MIN_NUM);~ThreadPool();//判斷任務(wù)隊(duì)列是否為空bool QueueIsEmpty();//線程互斥量加鎖解鎖void Lock();void Unlock();//線程條件變量等待和喚醒void Wait();void WakeUp();//添加任務(wù)到任務(wù)隊(duì)列void pushTask(BaseTask* task);//從任務(wù)隊(duì)列移除任務(wù)BaseTask* popTask(BaseTask* task);//從忙碌回到空閑 工作結(jié)束void MoveToIdle(pthread_t id);//從空閑到忙碌 工作開始void MoveToBusy(pthread_t id);//線程執(zhí)行函數(shù)static void* RunTime(void* vo);private:int threadMinNum;//最大線程數(shù)量int threadMaxNum;//最小線程數(shù)量queuetaskQueue;//任務(wù)隊(duì)列l(wèi)istbusyList;//線程忙碌列表listidleList;//線程空閑列表pthread_mutex_t mutex;//互斥量：做鎖pthread_cond_t cond;//條件變量：讓線程等待或者喚醒};
ThreadPool.cpp
- 對(duì)函數(shù)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，核心在于線程執(zhí)行函數(shù)上的設(shè)置，在工作前和工作完設(shè)置打印，方便我們進(jìn)行觀察
#include “ThreadPool.h”ThreadPool::ThreadPool(const int num){this->threadMinNum = num;//條件變量、互斥量初始化pthread_mutex_init(&this->mutex, NULL);pthread_cond_init(&this->cond, NULL);pthread_t id;//線程num條創(chuàng)建for (int i = 0; i threadMinNum; i++){//線程創(chuàng)建pthread_create(&id, NULL, RunTime, this);this->idleList.push_back(id);//線程存入空閑列表}}ThreadPool::~ThreadPool(){}//任務(wù)隊(duì)列是否為空bool ThreadPool::QueueIsEmpty(){return this->taskQueue.empty();}//線程加鎖void ThreadPool::Lock(){pthread_mutex_lock(&this->mutex);}//線程解鎖void ThreadPool::Unlock(){pthread_mutex_unlock(&this->mutex);}//線程等待void ThreadPool::Wait(){pthread_cond_wait(&this->cond, &this->mutex);}//線程喚醒void ThreadPool::WakeUp(){pthread_cond_signal(&this->cond);}//添加任務(wù)到任務(wù)隊(duì)列void ThreadPool::pushTask(BaseTask* task){Lock();taskQueue.push(task);Unlock();WakeUp();}//從任務(wù)隊(duì)列移除任務(wù)BaseTask* ThreadPool::popTask(BaseTask* task){task = this->taskQueue.front();//從隊(duì)列頭取this->taskQueue.pop();//刪除隊(duì)列頭return task;}//從忙碌回到空閑 工作結(jié)束void ThreadPool::MoveToIdle(pthread_t id){list::iterator iter;iter = find(busyList.begin(), busyList.end(), id);if (iter != busyList.end()){//從忙碌移除this->busyList.erase(iter);//添加到空閑this->idleList.push_back(*iter);//this->idleList.push_back(id)}}//從空閑到忙碌 工作開始void ThreadPool::MoveToBusy(pthread_t id){list::iterator iter;iter = find(idleList.begin(), idleList.end(), id);if (iter != idleList.end()){//從空閑移除this->idleList.erase(iter);//添加到忙碌this->busyList.push_back(*iter);//this->idleList.push_back(id)}}//線程執(zhí)行函數(shù)void* ThreadPool::RunTime(void* vo){//拿到執(zhí)行線程自己的id 因?yàn)楹竺嬉幚砻β岛涂臻e的情況pthread_t id = pthread_self();//確保主線程與子線程分離，子線程結(jié)束后，資源自動(dòng)回收pthread_detach(id);//線程參數(shù)獲取ThreadPool* argThis = (ThreadPool*)vo;while (true){argThis->Lock();//如果任務(wù)隊(duì)列為空 線程則一直等待 //知道任務(wù)隊(duì)列不為空則會(huì)被pushTask函數(shù)喚醒線程while (argThis->QueueIsEmpty()){argThis->Wait();}argThis->MoveToBusy(id);cout << "工作前 任務(wù)數(shù):" <taskQueue.size() << endl;cout << "工作前 busy:" <busyList.size() << endl;cout << "工作前 idle:" <idleList.size() << endl;cout << "———————————————–" Unlock();//任務(wù)工作task->working();//工作結(jié)束argThis->Lock();argThis->MoveToIdle(id);argThis->Unlock();cout << "工作完 任務(wù)數(shù):" <taskQueue.size() << endl;cout << "工作完 busy:" <busyList.size() << endl;cout << "工作完 idle:" <idleList.size() << endl;cout >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>” << endl;}return nullptr;}
ChildTask.h
- 子類配置
#pragma once#include “BaseTask.h”#include #include //sleep頭文件using namespace std;class ChildTask :public BaseTask{public:ChildTask(char* data);~ChildTask();void working();};
ChildTask.cpp
- 子類設(shè)置延時(shí)模擬做任務(wù)的時(shí)間比較長(zhǎng)
#include “ChildTask.h”ChildTask::ChildTask(char* data) :BaseTask(data)//參數(shù)傳給父類{}ChildTask::~ChildTask(){}void ChildTask::working(){cout <data << "正在執(zhí)行……" << endl;sleep(3);//延時(shí)3秒 （模擬做業(yè)務(wù)的時(shí)間比較長(zhǎng)）}
BaseTask.h
- 基類設(shè)置結(jié)構(gòu)體來(lái)裝業(yè)務(wù)
#pragma once#include class BaseTask{public:BaseTask(char* data);~BaseTask();char data[1024]; //裝業(yè)務(wù)virtual void working() = 0;//虛函數(shù)};
BaseTask.cpp
- 基類配置
#include “BaseTask.h”BaseTask::BaseTask(char* data){bzero(this->data, sizeof(this->data));//清空memcpy(this->data, data, sizeof(data));}BaseTask::~BaseTask(){delete this->data;//清除釋放}
三、測(cè)試效果
- 通過Linux連接VS進(jìn)行跨平臺(tái)編程，我們可以清晰的看到有幾個(gè)線程是在做任務(wù)，幾個(gè)線程是空閑的，整個(gè)過程就很清晰直觀的展現(xiàn)出來(lái)了，如下動(dòng)圖所示：
- 10條線程做30個(gè)任務(wù)的全部記錄，如下如所示：
四、總結(jié)
創(chuàng)建線程池的好處
- 線程池的使用，能讓我們搭建的高并發(fā)服務(wù)器真正意義上做到高并發(fā)
- 降低資源消耗
通過重復(fù)利用自己創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗
- 提高響應(yīng)速度
當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)，任務(wù)可以不需要等待線程創(chuàng)建和銷毀就能立即執(zhí)行
- 提高線程的可管理性
線程式稀缺資源，如果無(wú)限的創(chuàng)建線程，不僅會(huì)消耗資源，還會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性
使用線程池可以進(jìn)行統(tǒng)一分配，調(diào)優(yōu)和監(jiān)控
