使用c++11写个最简跨平台线程池

为什么需要多线程？

最简单的多线程长啥样？

为什么需要线程池，有什么问题？

实现的主要原理是什么？

带着这几个问题，我们依次展开。

1.为什么需要多线程？

大部分程序毕竟都不是计算密集型的，简单的说，正常情况下，以单线程的模式来写对程序员而言是最舒心的。因为所有的代码都是顺序执行，非常容易理解！函数一级一级往下调用，代码一行一行执行。但是，代码的世界里，虽然cpu还好，但是却经常需要用到io资源，或者是其他服务器的网络资源，比如像数据库，如果这个时候因此把进程卡住，不管是客户端还是客户端都对用户体验相当糟糕。当然了，计算密集型的运算就更需要多线程，防止主线程被卡住。

2.最简单的多线程长啥样？

举个最简单的例子，服务器采用阻塞式socket，有一个网络线程负责收发包（IO），然后有一个逻辑主线程负责相应的业务操作，主线程和网络线程之间通过最简单的消息队列进行交换，而这个消息队例明显是两个线程都要访问（轮询消息队列是否为空）到的，所以，我们需要给这个消息队列上锁（std::mutex），即可以解决问题。由于比较简单我们就不需要看这个怎么码了。这种模式虽然简单，但是在合适的岗位上，也是极好的！

3.那为什么需要线程池呢，有什么问题？

还以刚才的服务器举例，如果业务线程逻辑比较复杂，又或者他需要访问数据库或者是其他服务器的资源，读取文件等等呢？当然他可以采用异步的数据库接口，但是采用异步意味着业务代码被碎片化。异步是典型的讨厌他，但是又干不掉他的样子。离题了。回归。这个时候我们需要多个业务线程处理了。多个线程就意味着多一份处理能力！回到上个问题，我们的多线程采用轮询消息队列的方式来交换信息，那么这么多个线程，不断的上锁解锁，光这个成本就够了。这个时候，条件变量就上线了(std::condition_variable)就登场了

4.实现的主要原理是什么？

业务线程不要轮询消息队列了，而所有的业务线程处于等待状态，当有消息再来的时候，再由产生消息的人，在我们示例场景就是网络线程了，随便唤醒一个工人线程即可。看看最关键的代码

      //消费者
	void consumer()
	{
		//第一次上锁
		std::unique_lock < std::mutex > lck(mutex_);
		while (active_)
		{
			//如果是活动的，并且任务为空则一直等待
			while (active_ && task_.empty())
				cv_.wait(lck);

			//如果已经停止则退出
			if(!active_)
				break;

			T *quest = task_.front();
			task_.pop();

			//从任务队列取出后该解锁(任务队列锁)了
			lck.unlock();

			//执行任务后释放
			proc_(quest);

			//delete quest;   //在proc_已经释放该指针了

			//重新上锁
			lck.lock();
		}
	}

　　

算了，还是直接贴完整代码，看注释吧

#ifndef _WORKER_POOL_H_
#define _WORKER_POOL_H_

//file: worker_pool.h

//#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
// g++ -g -std=c++11 1.cc -D_GLIBCXX_USE_NANOSLEEP -lpthread */

#include <vector>
#include <queue>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
//#include <chrono>

template<typename T>
class WorkerPool
{
public:
	typedef WorkerPool<T> THIS_TYPE;
	typedef std::function<void(T*)> WorkerProc;
	typedef std::vector< std::thread* > ThreadVec;

	WorkerPool()
	{
		active_ = false;
	}
	virtual ~WorkerPool()
	{
		for(ThreadVec::iterator it = all_thread_.begin();it != all_thread_.end();++it)
			delete *it;
		all_thread_.clear();
	}
	void Start(WorkerProc f,int worker_num=1)
	{
		active_ = true;
		all_thread_.resize(worker_num);
		for (int i = 0; i < worker_num;i++ )
		{
			all_thread_[i] = new std::thread(std::bind(&THIS_TYPE::consumer,this));
		}
		proc_ = f;
	}
	//生产者
	void Push(T *t)
	{
		std::unique_lock < std::mutex > lck(mutex_);
		task_.push(t);
		cv_.notify_one();
	}

	void Stop()
	{
		//等待所有的任务执行完毕
		mutex_.lock();
		while (!task_.empty())
		{
			mutex_.unlock();
			std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
			cv_.notify_one();
			mutex_.lock();
		}
		mutex_.unlock();

		//关闭连接后，等待线程自动退出
		active_ = false;
		cv_.notify_all();
		for(ThreadVec::iterator it = all_thread_.begin();
			it != all_thread_.end();++it)
			(*it)->join();
	}
private:
	//消费者
	void consumer()
	{
		//第一次上锁
		std::unique_lock < std::mutex > lck(mutex_);
		while (active_)
		{
			//如果是活动的，并且任务为空则一直等待
			while (active_ && task_.empty())
				cv_.wait(lck);

			//如果已经停止则退出
			if(!active_)
				break;

			T *quest = task_.front();
			task_.pop();

			//从任务队列取出后该解锁(任务队列锁)了
			lck.unlock();

			//执行任务后释放
			proc_(quest);

			//delete quest;   //在proc_已经释放该指针了

			//重新上锁
			lck.lock();
		}
	}

	std::mutex mutex_;
	std::queue<T*> task_;
	std::condition_variable cv_;
	bool active_;
	std::vector< std::thread* > all_thread_;
	WorkerProc proc_;
};

#endif

　　写一个类继承一下，并写一个工作函数和回调函数处理

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

//为了多耗点cpu，计算斐波那契数列吧
static int fibonacci(int a)
{
	//ASSERT(a > 0);
	if (a == 1 || a == 2)
		return 1;
	return fibonacci(a-1) + fibonacci(a-2);
}

//异步计算任务
struct AsyncCalcQuest
{
	AsyncCalcQuest():num(0),result(0)
	{}
	//计算需要用到的变量
	int num;
	int result;
};

//为了测试方便,引入全局变量用于标识线程池已将所有计算完成
const int TOTAL_COUNT = 1000000;
int now_count = 0;

//继承一下线程池类,在子类处理计算完成的业务，在我们这里，只是打印一下计算结果
class CalcWorkerPool:public WorkerPool<AsyncCalcQuest>
{
public:
	CalcWorkerPool(){}

	virtual ~CalcWorkerPool()
	{
	}

	//在工人线程中执行
	void DoWork(AsyncCalcQuest *quest)
	{
		//算了，不算这个了，根本算不出来
		quest->result = fibonacci(quest->num);
		//quest->result = quest->num*0.618;

		//并将已完成任务返回到准备回调的列表
		std::unique_lock<std::mutex > lck(mutex_callbacks_);
		callbacks_.push_back(quest);
	}

	//在主线程执行
	void DoCallback()
	{
		//组回调任务上锁
		std::unique_lock<std::mutex > lck(mutex_callbacks_);
		while (!callbacks_.empty())
		{
			auto *quest = callbacks_.back();
			{//此处为业务代码打印一下吧
				std::cout << quest->num << " " << quest->result << std::endl;
				now_count ++;
			}
			delete quest;		//TODO:这里如果采用内存池就更好了
			callbacks_.pop_back();
		}
	}

private:
	//这里是准备给回调的任务列表
	std::vector<AsyncCalcQuest*> callbacks_;
	std::mutex mutex_callbacks_;
};

int main()
{
	CalcWorkerPool workers;

	//工厂开工了 8个工人喔
	workers.Start(std::bind(&CalcWorkerPool::DoWork,&workers,std::placeholders::_1),8);	

	//开始产生任务了
	for (int i=0; i<TOTAL_COUNT; i++)
	{
		AsyncCalcQuest *quest = new AsyncCalcQuest;
		quest->num = i%40+1;
		workers.Push(quest);
	}

	while (now_count != TOTAL_COUNT)
	{
		workers.DoCallback();
	}

	workers.Stop();

    return 0;
}

　　linux完整项目 https://github.com/linbc/worker_pool.git