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Linux简单线程池实现(带源码)
这里给个线程池的实现代码，里面带有个应用小例子，方便学习使用，代码 GCC 编译可用。参照代码看下面介绍的线程池原理跟容易接受，百度云下载链接：
http://pan.baidu.com/s/1i3zMHDV
一.线程池简介
为什么使用线程池？
目前的大多数网络服务器，包括Web服务器、Email服务器以及数据库服务器等都具有一个共同点，就是单位时间内必须处理数目巨大的连接请求，但处理时间却相对较短。 传统多线程方案中我们采用的服务器模型则是一旦接受到请求之后，即创建一个新的线程，由该线程执行任务。任务执行完毕后，线程退出，这就是是“即时创建，即 时销毁”的策略。尽管与创建进程相比，创建线程的时间已经大大的缩短，但是如果提交给线程的任务是执行时间较短，而且执行次数极其频繁，那么服务器将处于不停的创建线程，销毁线程的状态，这笔开销将是不可忽略的。
线程池为线程生命周期开销问题和资源不足问题提供了解决方案。通过对多个任务重用线程，线程创建的开销被分摊到了多个任务上。其好处是，因为在请求到达时线程已经存在，所以无意中也消除了线程创建所带来的延迟。这样，就可以立即为请求服务，使应用程序响应更快。而且，通过适当地调整线程池中的线程数目，也就是当请求的数目超过某个阈值时，就强制其它任何新到的请求一直等待，直到获得一个线程来处理为止，从而可以防止资源不足。
二.线程池的结构
2.1. 线程池任务结点
线程池任务结点用来保存用户投递过来的任务，并放入线程池中的线程执行。其结构名为worker_t，定义如下：
1 /*线程池任务结点*/2 struct worker_t3 {4 void *(*process) (void *arg); /**< 回调函数 */5 int paratype; /**< 函数类型(预留) */6 void *arg; /**< 回调函数参数 */7 struct worker_t *next; /**< 连接下一个任务结点 */8 };
2.2. 线程池控制器
线程池控制器用来对线程池进行控制管理，包括任务的投递、线程池状态的更新与查询、线程池的销毁等。其结构名为CThread_pool_t，定义如下：
1 /*线程池控制器*/ 2 struct CThread_pool_t 3 { 4 pthread_mutex_t queue_lock; /**< 互斥锁 */ 5 pthread_cond_t queue_ready; /**< 条件变量 */ 6 7 worker_t *queue_head; /**< 任务结点链表,保存所有投递的任务 */ 8 int shutdown; /**< 线程池销毁标志,1 -> 销毁 */ 9 pthread_t *threadid; /**< 线程ID */10 int max_thread_num; /**< 线程池可容纳的最大线程数 */11 int current_pthread_num; /**< 当前线程池存放的线程数 */12 int current_pthread_task_num; /**< 当前正在执行任务和已分配任务的线程数目和 */13 int cur_queue_size; /**< 当前等待队列的任务数目 */14 int free_pthread_num; /**< 线程池内允许存在的最大空闲线程数 */15 16 /*向线程池投递任务*/17 int (*AddWorkUnlimit)(void* pthis,void *(*process) (void *arg), void *arg); 18 /*向线程池投递任务,无空闲线程则阻塞*/19 int (*AddWorkLimit)(void* pthis,void *(*process) (void *arg), void *arg); 20 /*获取线程池可容纳的最大线程数*/21 int (*GetMaxThreadNum) (void *pthis); 22 /*获取线程池存放的线程数*/23 int (*GetCurThreadNum) (void *pthis); 24 /*获取当前正在执行任务和已分配任务的线程数目和*/25 int (*GetCurTaskThreadNum) (void *pthis); 26 /*获取线程池等待队列任务数*/27 int (*GetCurTaskNum) (void *pthis); 28 /*销毁线程池*/29 int (*Destruct) (void *pthis); 30 }；
2.3. 线程池结构
线程池的运行结构图如下：
根据上图罗列几个注意的地方：
(1)图中的线程池中的“空闲”和“执行”分别表示空闲线程和执行线程，空闲线程指在正在等待任务的线程，同样执行线程指正在执行任务的线程，两者是相互转换的。当用户投递任务过来则用空闲线程来执行该任务，且空闲线程状态转变为执行线程；当任务执行完后，执行线程状态转变为空闲线程；
(2)创建线程池时，正常情况会先创建一定数量的线程，所有线程初始为空闲线程，线程阻塞等待用户投递任务；
(3)用户投递的任务首先放入等待队列 queue_head 链表中，如果线程池中有空闲线程则放入空闲线程中执行，否则根据条件选择继续等待空闲线程或者新建一个线程来执行，新建的线程将放入线程池中；
(4)执行的任务会从等待队列中脱离，并在任务执行完后释放任务结点worker_t；
三.线程池控制
这里就线程池实现代码中的部分代码进行解释，请参照我上面给的线程池代码，里面的注释我标注的还是比较详细的。
3.1. 线程池创建
1 CThread_pool_t* ThreadPoolConstruct(int max_num,int free_num) 2 { 3 ...... //略 4 for (i = 0; i < max_num; i++) 5 { 6 pool->current_pthread_num++; /**< 当前池中的线程数 */ 7 pthread_create (&(pool->threadid[i]), NULL, ThreadPoolRoutine, (void*)pool); /**< 创建线程 */ 8 usleep(1000); 9 } 10 }
这里创建了 max_num 个线程 ThreadPoolRoutine( )，即上面提到的空闲线程。
3.2. 投递任务
1 static int ThreadPoolAddWorkLimit(void* pthis,void *(*process) (void *arg), void *arg) 2 { 3 ...... //略 4 worker_t *newworker = (worker_t *) malloc (sizeof (worker_t)); 5 newworker->process = process; /**< 回调函数,在线程ThreadPoolRoutine()中执行 */ 6 newworker->arg = arg; /**< 回调函数参数 */ 7 newworker->next = NULL; 8 9 pthread_mutex_lock(&(pool->queue_lock)); 10 ...... //将任务结点放入等待队列，略11 pool->cur_queue_size++; /**< 等待队列加1 */12 13 int FreeThreadNum = pool->current_pthread_num - pool->current_pthread_task_num; 14 if((0 == FreeThreadNum) && (pool->current_pthread_num < pool->max_thread_num))15 {/**< 如果没有空闲线程且池中当前线程数不超过可容纳最大线程 */16 int current_pthread_num = pool->current_pthread_num;17 pool->threadid = (pthread_t *) realloc(pool->threadid,(current_pthread_num + 1) * sizeof (pthread_t)); /**< 新增线程 */18 pthread_create (&(pool->threadid[current_pthread_num]), NULL, ThreadPoolRoutine, (void*)pool);19 pool->current_pthread_num++; /**< 当前池中线程总数加1 */ 20 21 pool->current_pthread_task_num++; /**< 分配任务的线程数加1 */ 22 pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock)); 23 pthread_cond_signal (&(pool->queue_ready)); /**< 发送信号给1个处于条件阻塞等待状态的线程 */ 24 return 0;25 }26 27 pool->current_pthread_task_num++; 28 pthread_mutex_unlock(&(pool->queue_lock)); 29 pthread_cond_signal(&(pool->queue_ready));30 return 0; 31 }
投递任务时先创建一个任务结点保存回调函数和函数参数，并将任务结点放入等待队列中。代码第14行判断条件为真时，则进行新线程创建，realloc( )会在保存原始内存中的数据不变的基础上新增1个sizeof (pthread_t)大小的内存。之后更新 current_pthread_num 和 current_pthread_task_num ，并发送信号 pthread_cond_signal(&(pool->queue_ready)) 给一个处于条件阻塞等待状态的线程，即线程 ThreadPoolRoutine( )中的
pthread_cond_wait(&(pool->queue_ready), &(pool->queue_lock)) 阻塞等待接收信号。重点讲互斥锁和条件变量：
pthread_mutex_t queue_lock; /**< 互斥锁 */
pthread_cond_t queue_ready; /**< 条件变量 */
这两个变量是线程池实现里很重要的点，建议网上搜索资料学习，这里简要介绍先代码中会用到的相关函数功能：
放张图吧，这样直观点，线程互斥锁的一些调用函数一般都有接触过，这里就不作介绍了。
3.3. 执行线程
1 static void * ThreadPoolRoutine (void *arg) 2 { 3 CThread_pool_t *pool = (CThread_pool_t *)arg; 4 while (1) 5 { 6 pthread_mutex_lock (&(pool->queue_lock)); /**< 上锁, pthread_cond_wait()调用会解锁*/ 7 8 while ((pool->cur_queue_size == 0) && (!pool->shutdown)) /**< 队列没有等待任务*/ 9 { 10 pthread_cond_wait(&(pool->queue_ready), &(pool->queue_lock)); /**< 条件锁阻塞等待条件信号*/11 } 12 if (pool->shutdown) 13 { 14 pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock)); 15 pthread_exit (NULL); /**< 释放线程 */16 } 17 18 ..... //略19 worker_t *worker = pool->queue_head; /**< 取等待队列任务结点头*/ 20 pool->queue_head = worker->next; /**< 链表后移 */ 21 22 pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock)); 23 (*(worker->process)) (worker->arg); /**< 执行回调函数 */ 24 pthread_mutex_lock (&(pool->queue_lock)); 25 26 pool->current_pthread_task_num--; /**< 函数执行结束 */ 27 free (worker); /**< 释放任务结点 */28 worker = NULL; 29 30 if ((pool->current_pthread_num - pool->current_pthread_task_num) > pool->free_pthread_num)31 {32 pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock)); 33 break; /**< 当池中空闲线程超过 free_pthread_num则将线程释放回操作系统 */34 }35 pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock)); 36 } 37 38 pool->current_pthread_num--; /**< 当前池中线程数减1 */39 pthread_exit (NULL); /**< 释放线程*/40 return (void*)NULL;41 }
这个就是用来执行投递任务的线程，在初始创建线程时所有线程都全部阻塞在pthread_cond_wait( )处，此时的线程状态就为空闲线程，也就是线程被挂起；
当收到信号并取得互斥锁时，表明有任务投递过来，则获取等待队列里的任务结点并开始执行回调函数；
函数执行结束后回去判断当前等待队列是否还有任务，有则接下去执行，否则重新阻塞回到空闲线程状态；
3.4. 线程销毁
线程销毁主要做的就是销毁线程和释放动态内存，自己看代码就懂了。
Linux简单线程池实现(带源码)