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使用C++11封装线程池ThreadPool

读本文之前,请务必阅读:

使用C++11的function/bind组件封装Thread以及回调函数的使用

Linux组件封装(五)一个生产者消费者问题示例

 

线程池本质上是一个生产者消费者模型,所以请熟悉这篇文章:Linux组件封装(五)一个生产者消费者问题示例。

在ThreadPool中,物品为计算任务,消费者为pool内的线程,而生产者则是调用线程池的每个函数。

搞清了这一点,我们很容易就需要得出,ThreadPool需要一把互斥锁和两个同步变量,实现同步与互斥

存储任务,当然需要一个任务队列。

除此之外,我们还需要一系列的Thread,因为Thread无法复制,所以我们使用unique_ptr作为一个中间层

所以Thread的数据变量如下:

class ThreadPool : boost::noncopyable{public:    typedef std::function<void ()> Task;    ThreadPool(size_t queueSize, size_t threadsNum);    ~ThreadPool();    void start();    void stop();    void addTask(Task task); //C++11    Task getTask();    bool isStarted() const { return isStarted_; }    void runInThread();private:    mutable MutexLock mutex_;    Condition empty_;    Condition full_;    size_t queueSize_;    std::queue<Task> queue_;    const size_t threadsNum_;    std::vector<std::unique_ptr<Thread> > threads_;    bool isStarted_;};

显然,我们使用了function,作为任务队列的任务元素。

 

构造函数的实现较简单,不过,之前务必注意元素的声明顺序与初始化列表的顺序相一致。

ThreadPool::ThreadPool(size_t queueSize, size_t threadsNum): empty_(mutex_),  full_(mutex_),  queueSize_(queueSize),  threadsNum_(threadsNum),  isStarted_(false){}

添加和取走任务是生产者消费者模型最核心的部分,但是套路较为固定,如下:

void ThreadPool::addTask(Task task){    MutexLockGuard lock(mutex_);    while(queue_.size() >= queueSize_)        empty_.wait();    queue_.push(std::move(task));    full_.notify();}ThreadPool::Task ThreadPool::getTask(){    MutexLockGuard lock(mutex_);    while(queue_.empty())        full_.wait();    Task task = queue_.front();    queue_.pop();    empty_.notify();    return task;}

注意我们的addTask使用了C++11的move语义,在传入右值时,可以提高性能。

还有一些老生常谈的问题,例如:

wait前加锁

使用while循环判断wait条件(为什么?)

要想启动线程,需要给Thread提供一个回调函数,编写如下:

void ThreadPool::runInThread(){    while(1)    {        Task task(getTask());        if(task)            task();    }}

就是不停的取走任务,然后执行。

OK,有了线程的回调函数,那么我们可以编写start函数。

void ThreadPool::start(){    isStarted_ = true;    //std::vector<std::unique<Thread> >    for(size_t ix = 0; ix != threadsNum_; ++ix)    {        threads_.push_back(            std::unique_ptr<Thread>(                new Thread(                    std::bind(&ThreadPool::runInThread, this))));    }    for(size_t ix = 0; ix != threadsNum_; ++ix)    {        threads_[ix]->start();    }}

这里较难理解的是线程的创建,Thread内存放的是std::unique_ptr<Thread>,而ptr的创建需要使用new动态创建Thread,Thread则需要在创建时,传入回调函数,我们采用bind适配runInThread的参数值。

这里我们采用C++11的unique_ptr,成功实现vector无法存储Thread(为什么?)的问题

 

我们的第一个版本已经编写完毕了。

 

添加stop功能

 

刚才的ThreadPool只能启动,无法stop,我们从几个方面着手,利用bool变量isStarted_,实现正确退出。

改动的有以下几点:

首先是Thread的回调函数不再是一个死循环,而是:

void ThreadPool::runInThread(){    while(isStarted_)    {        Task task(getTask());        if(task)            task();    }}

然后addTask和getTask,在while循环判断时,加入了bool变量:

void ThreadPool::addTask(Task task){    MutexLockGuard lock(mutex_);    while(queue_.size() >= queueSize_ && isStarted_)        empty_.wait();    if(!isStarted_)        return;    queue_.push(std::move(task));    full_.notify();}ThreadPool::Task ThreadPool::getTask(){    MutexLockGuard lock(mutex_);    while(queue_.empty() && isStarted_)        full_.wait();    if(!isStarted_) //线程池关闭        return Task(); //空任务    assert(!queue_.empty());    Task task = queue_.front();    queue_.pop();    empty_.notify();    return task;}

这里注意,退出while循环后,需要再判断一次bool变量,因为未必是条件满足了,可能是线程池需要退出,调整了isStarted变量。

最后一个关键是我们的stop函数:

 

void ThreadPool::stop(){    if(isStarted_ == false)        return;    {        MutexLockGuard lock(mutex_);        isStarted_ = false;        //清空任务        while(!queue_.empty())             queue_.pop();    }    full_.notifyAll(); //激活所有的线程    empty_.notifyAll();        for(size_t ix = 0; ix != threadsNum_; ++ix)    {        threads_[ix]->join();    }    threads_.clear();}

这里有几个关键:

先将bool设置为false,然后调用notifyAll,激活所有等待的线程(为什么)。

 

最后我们总结下ThreadPool关闭的流程

1.isStarted设置为false

2.加锁,清空队列

3.发信号激活所有线程

4.正在运行的Thread,执行到下一次循环,退出

5.正在等待的线程被激活,然后while判断为false,执行到下一句,检查bool值,然后退出。

6.主线程依次join每个线程。

7.退出。

 

最后补充下析构函数的实现:

ThreadPool::~ThreadPool(){    if(isStarted_)        stop();}

 

完毕。

使用C++11封装线程池ThreadPool