Linux下线程池的理解与简单实现

　　首先，线程池是什么？顾名思义，就是把一堆开辟好的线程放在一个池子里统一管理，就是一个线程池。

　　其次，为什么要用线程池，难道来一个请求给它申请一个线程，请求处理完了释放线程不行么？也行，但是如果创建线程和销毁线程的时间比线程处理请求的时间长，而且请求很多的情况下，我们的CPU资源都浪费在了创建和销毁线程上了，所以这种方法的效率比较低，于是，我们可以将若干已经创建完成的线程放在一起统一管理，如果来了一个请求，我们从线程池中取出一个线程来处理，处理完了放回池内等待下一个任务，线程池的好处是避免了繁琐的创建和结束线程的时间，有效的利用了CPU资源。

　　按照我的理解，线程池的作用和双缓冲的作用类似，可以完成任务处理的“鱼贯”动作。

　　最后，如何才能创建一个线程池的模型呢，一般需要以下三个参与者：

　　　　1、线程池结构，它负责管理多个线程并提供任务队列的接口

　　　　2、工作线程，它们负责处理任务

　　　　3、任务队列，存放待处理的任务

　　有了三个参与者，下一个问题就是怎么使线程池安全有序的工作，可以使用POSIX中的信号量、互斥锁和条件变量等同步手段。有了这些认识，我们就可以创建自己的线程池模型，我在github上找了一个比较经典的线程池的例子，有兴趣的可以学习一下。

　　原作者github地址：https://github.com/Pithikos/C-Thread-Pool

　　线程池所需要的数据结构：

　　　　（1）、0/1信号量，用于当任务队列非空时通知线程，这里是用互斥锁和条件变量来实现的信号量，其实POSIX信号量的一种实现就是用的互斥锁和条件变量

/* Binary semaphore */
typedef struct bsem {
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_cond_t   cond;
    int v;   //v的值非0即1
} bsem;

　　　　（2）、标识任务的结构体，prev指向的对象是当前任务的前一个任务，这里用pnext来标识更贴切

/* Job */
typedef struct job{
    struct job*  prev;                   /* pointer to previous job   */
    void*  (*function)(void* arg);       /* function pointer          */
    void*  arg;                          /* function's argument       */
} job;

　　　　（3）、工作队列

/* Job queue */
typedef struct jobqueue{
    pthread_mutex_t rwmutex;             /* used for queue r/w access */
    job  *front;                         /* pointer to front of queue */
    job  *rear;                          /* pointer to rear  of queue */
    bsem *has_jobs;                      /* flag as binary semaphore  */
    int   len;                           /* number of jobs in queue   */
} jobqueue;

　　　　互斥锁rwmutex用来同步对工作队列的读写操作，front用来标识工作队列中的第一个任务，rear用来标识工作队列中的最后一个任务，has_jobs用来提供对二值信号量的访问接口，len代表当前工作队列中的任务数量。

　　　　（4）、工作线程

/* Thread */
typedef struct thread{
    int       id;                        /* friendly id               */
    pthread_t pthread;                   /* pointer to actual thread  */
    struct thpool_* thpool_p;            /* access to thpool          */
} thread;

　　　　　id标识第几个线程，pthread代表的是创建的真正的线程id，对于每个线程来说，都提供对所在线程池的访问

　　　　（5）、线程池结构

/* Threadpool */
typedef struct thpool_{
    thread**   threads;                  /* pointer to threads        */
    volatile int num_threads_alive;      /* threads currently alive   */
    volatile int num_threads_working;    /* threads currently working */
    pthread_mutex_t  thcount_lock;       /* used for thread count etc */
    jobqueue*  jobqueue_p;               /* pointer to the job queue  */
} thpool_;

　　　　　threads可以看做是一个指针数组，数组中的每个指针都指向一个线程结构，num_threads_alive标识的是线程池中有多少个可工作线程，num_threads_working代表的是当前线程池中正在工作的线程数目，互斥锁thcount_lock提供对线程池数据的互斥访问，同时，线程池需要和任务队列协作，所以还要提供对任务队列的访问。

　　线程池的工作流程：

　　　　初始化线程池、任务队列和工作线程->向任务队列中添加任务->将等候在条件变量（任务队列上有任务）上的一个线程唤醒并从该任务队列中取出第一个任务给该线程执行->等待任务队列中所有任务执行完毕->关闭线程池。