linux 下c++線程池的簡單實現

小編給大家分享一下linux 下c++線程池的簡單實現，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

作為一個c++菜鳥，研究半天這個代碼的實現原理，發現好多語法不太熟悉，因此加了一大堆注釋，僅供參考。該段代碼主要通過繼承workthread類來實現自己的線程代碼，通過thread_pool類來管理線程池，線程池不能夠實現動態改變線程數目，存在一定局限性。目前可能還有缺陷，畢竟c++來封裝這個東西，資源釋放什么的必須想清楚，比如vector存儲了基類指針實現多態，那么如何釋放對象仍需要考慮，后續我可能會更進一步修改完善該代碼，下面貢獻一下自己的勞動成果。

#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;
/*
WorkerThread class
This class needs to be sobclassed by the user.
*/
class WorkerThread{
public:
    int id;
    unsigned virtual executeThis()
	{
		return 0;
	}

    WorkerThread(int id) : id(id) {}
    virtual ~WorkerThread(){}
};

/*
ThreadPool class manages all the ThreadPool related activities. This includes keeping track of idle threads and synchronizations between all threads.
*/
class ThreadPool{
public:
    ThreadPool();
    ThreadPool(int maxThreadsTemp);
    virtual ~ThreadPool();
	
	void destroyPool(int maxPollSecs);

    bool assignWork(WorkerThread *worker);
    bool fetchWork(WorkerThread **worker);

	void initializeThreads();
	
    static void *threadExecute(void *param); // pthread_create()調用的函數必須為靜態的 
    static pthread_mutex_t mutexSync;
    static pthread_mutex_t mutexWorkCompletion;//工作完成個數互斥量
	
    
private:
    int maxThreads;
    
    pthread_cond_t  condCrit;
    sem_t availableWork;
    sem_t availableThreads;

    vector<WorkerThread *> workerQueue;

    int topIndex;
    int bottomIndex;
	int incompleteWork;
    int queueSize;
};

#include <stdlib.h>
#include "threadpool.h"
using namespace std;


//初始化類的靜態成員必須加上類型和作用域，static數據成員必須在類定義體的外部定義，不像不同數據成員可以用構造函數初始化
//應該在定義時進行初始化，注意是定義，這個定義應該放在包含類的非內聯成員函數定義的文件中。
//注：靜態成員函數只能使用靜態變量，非靜態沒有限制，靜態變量必須在外部定義和初始化，沒初始化就為默認數值
pthread_mutex_t ThreadPool::mutexSync = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t ThreadPool::mutexWorkCompletion = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;


ThreadPool::ThreadPool()
{
	ThreadPool(2);
}

ThreadPool::ThreadPool(int maxThreads)
{
   if (maxThreads < 1)  
       maxThreads=1;
   
   pthread_mutex_lock(&mutexSync);
   this->maxThreads = maxThreads;
   this->queueSize = maxThreads;
   workerQueue.resize(maxThreads, NULL);//調整容器大小，然后用默認構造函數初始化新的空間
   topIndex = 0;
   bottomIndex = 0;
   incompleteWork = 0;
   sem_init(&availableWork, 0, 0); //工作隊列信號量，表示已經加入隊列的工作，初始時沒有工作
   sem_init(&availableThreads, 0, queueSize);  //空閑線程信號量，一開始就有quisize個線程可以使用
   pthread_mutex_unlock(&mutexSync);
}

//調用pthread_create()讓線程跑起來，threadExecute是類的靜態函數，因為pthread_create()第三個參數必須為靜態函數
void ThreadPool::initializeThreads()
{
   for(int i = 0; i<maxThreads; ++i)
	{
		pthread_t tempThread;
		pthread_create(&tempThread, NULL, ThreadPool::threadExecute, (void*)this );
   }
}

ThreadPool::~ThreadPool()
{
	//因為對于vector，clear并不真正釋放內存(這是為優化效率所做的事)，clear實際所做的是為vector中所保存的所有對象調用析構函數(如果有的話),
	//然后初始化size這些東西，讓你覺得把所有的對象清除了。。。
    //真正釋放內存是在vector的析構函數里進行的，所以一旦超出vector的作用域（如函數返回)，首先它所保存的所有對象會被析構，
	//然后會調用allocator中的deallocate函數回收對象本身的內存。。。
    workerQueue.clear();
}


void ThreadPool::destroyPool(int maxPollSecs = 2)
{
	while(incompleteWork>0 )
	{
	    //cout << "Work is still incomplete=" << incompleteWork << endl;
		sleep(maxPollSecs);
	}
	cout << "All Done!! Wow! That was a lot of work!" << endl;
	sem_destroy(&availableWork);
	sem_destroy(&availableThreads);
    pthread_mutex_destroy(&mutexSync);
    pthread_mutex_destroy(&mutexWorkCompletion);

}

//分配人物到top，然后通知有任務需要執行。
bool ThreadPool::assignWork(WorkerThread *workerThread)
{
    pthread_mutex_lock(&mutexWorkCompletion);
    incompleteWork++;
		//cout << "assignWork...incomapleteWork=" << incompleteWork << endl;
	pthread_mutex_unlock(&mutexWorkCompletion);
	sem_wait(&availableThreads);
	pthread_mutex_lock(&mutexSync);
    //workerVec[topIndex] = workerThread;
    workerQueue[topIndex] = workerThread;
    //cout << "Assigning Worker[" << workerThread->id << "] Address:[" << workerThread << "] to Queue index [" << topIndex << "]" << endl;
	if(queueSize !=1 )
		topIndex = (topIndex+1) % (queueSize-1);
    sem_post(&availableWork);
	pthread_mutex_unlock(&mutexSync);
	return true;
}

//當已經有人物放到隊列里面后，就會受到通知，然后從底部拿走工作，在workerArg中返回
bool ThreadPool::fetchWork(WorkerThread **workerArg)
{
	sem_wait(&availableWork);

	pthread_mutex_lock(&mutexSync);
	WorkerThread * workerThread = workerQueue[bottomIndex];
    workerQueue[bottomIndex] = NULL;
	*workerArg = workerThread;
	if(queueSize !=1 )
		bottomIndex = (bottomIndex+1) % (queueSize-1);
	sem_post(&availableThreads);
	pthread_mutex_unlock(&mutexSync);
    return true;
}

//每個線程運行的靜態函數實體，executeThis 方法將會被繼承累從寫，之后實現具體線程的工作。
void *ThreadPool::threadExecute(void *param)
{
	WorkerThread *worker = NULL;
	while(((ThreadPool *)param)->fetchWork(&worker))
	{
		if(worker)
        {
			worker->executeThis();
            //cout << "worker[" << worker->id << "]\tdelete address: [" << worker << "]" << endl;
            delete worker;
            worker = NULL;
        }

		pthread_mutex_lock( &(((ThreadPool *)param)->mutexWorkCompletion) );
        //cout << "Thread " << pthread_self() << " has completed a Job !" << endl;
	 	((ThreadPool *)param)->incompleteWork--;
		pthread_mutex_unlock( &(((ThreadPool *)param)->mutexWorkCompletion) );
	}
	return 0;
}

#include <iostream>
#include "threadpool.h"

using namespace std;


#define ITERATIONS 20

class SampleWorkerThread : public WorkerThread
{
public:
    int id;
	unsigned virtual executeThis()
	{
	// Instead of sleep() we could do anytime consuming work here.
	// Using ThreadPools is advantageous only when the work to be done is really time consuming. (atleast 1 or 2 seconds)
		cout<<"This is SampleWorkerThread sleep 2s"<<endl;
		sleep(2);
		return(0);
	}

    SampleWorkerThread(int id) : WorkerThread(id), id(id)
    {
//       cout << "Creating SampleWorkerThread " << id << "\t address=" << this << endl;
    }

    ~SampleWorkerThread()
    {
//       cout << "Deleting SampleWorkerThread " << id << "\t address=" << this << endl;
    }
};


int main(int argc, char **argv)
{
	
	cout<<"Thread pool"<<endl;
	ThreadPool* myPool = new ThreadPool(25);
	//pthread_create()執行，開始等待任務分配
	myPool->initializeThreads();

	//用來計算時間間隔。
    time_t t1=time(NULL);

	//分配具體工作到線程池
	for(unsigned int i=0;i<ITERATIONS;i++){
		SampleWorkerThread* myThreathreadExecuted = new SampleWorkerThread(i);
		myPool->assignWork(myThreathreadExecuted);
	}
	
	//銷毀錢等待所有線程結束，等待間隔為2秒。
    myPool->destroyPool(2);

    time_t t2=time(NULL);
    cout << t2-t1 << " seconds elapsed\n" << endl;
	delete myPool;
	
    return 0;
}

ubuntu 12.04下運行成功，編譯命令如下：g++ -g main.cpp thread_pool.cpp -o thread_pool -lpthread

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