线程池 c++11



线程池（Thread Pool）是一种预先创建和管理一组工作线程的技术，用来优化并发任务的执行。通过复用这些线程来执行多个任务，线程池可以减少线程创建和销毁的开销，提高系统的性能和响应速度。

1. 线程池的基本组成：

• 任务队列（Task Queue）：存放待执行任务的队列。当有新的任务提交时，它会进入任务队列，等待可用线程来执行。
• 工作线程（Worker Threads）：线程池中的一组线程，用来处理任务队列中的任务。线程池启动时会创建一定数量的工作线程。
• 线程池管理器（Thread Pool Manager）：负责管理线程池的大小、任务分配、线程的创建和销毁。

2. 线程池的基本执行流程：

1. 提交任务：用户向线程池提交任务，通常是实现了 或 接口的对象。任务被放入任务队列中。
2. 任务分配：线程池中的某个空闲工作线程会从任务队列中取出一个任务，并开始执行。任务队列是线程安全的，确保多个线程可以同时取任务而不发生冲突。
3. 任务执行：工作线程运行并执行任务中的代码。线程池中的工作线程是循环的，每个线程在完成一个任务后会继续取下一个任务。
4. 复用线程：任务完成后，线程不会被销毁，而是回到线程池中成为“空闲线程”，等待下一个任务。
5. 动态调整线程数量：如果任务数量激增，线程池可以根据策略（如扩展线程池的大小）创建新的线程来处理更多的任务；如果任务减少，线程池也可能会销毁一些线程以节省资源。

3. 线程池的核心参数：

• 核心线程数（corePoolSize）：线程池中保持活跃的核心线程数量，即使线程处于空闲状态也不会被回收。
• 最大线程数（maximumPoolSize）：线程池中允许的最大线程数量。当任务数量超过核心线程数时，线程池会根据需求创建更多的线程，直到达到最大线程数。
• 任务队列（workQueue）：用于存放等待执行的任务。如果当前所有线程都在忙碌，新的任务会被放入任务队列中。
• 线程存活时间（keepAliveTime）：线程池中超过核心线程数的空闲线程在等待新任务的最长等待时间，超过这个时间后将被销毁。
• 线程工厂（ThreadFactory）：用于创建新线程，方便自定义线程的属性，如线程的名称、优先级等。
• 拒绝策略（RejectedExecutionHandler）：当任务过多而无法处理时（任务队列满了且线程池的线程数已达到上限），线程池会执行拒绝策略，常见策略包括丢弃任务、抛出异常、或由调用者线程直接执行。

4. 线程池的生命周期：

• 运行状态（RUNNING）：线程池处于运行状态，可以接受任务并处理任务。
• 关闭状态（SHUTDOWN）：线程池不再接受新任务，但会继续处理已经提交的任务。
• 停止状态（STOP）：线程池不再接受任务，且会中断正在执行的任务。
• 终止状态（TERMINATED）：所有任务执行完毕，线程池中的线程全部销毁，线程池彻底关闭。

5. 线程池的执行策略：

• 先使用核心线程：线程池优先利用核心线程来处理任务，只有在核心线程全部繁忙的情况下，才会将任务放入任务队列。
• 任务队列满了，创建新线程：如果任务队列已满且所有核心线程都在工作，线程池会创建新的线程，直到达到 。
• 拒绝任务：如果任务队列满了，且线程池中的线程数量已经达到 ，根据配置的拒绝策略处理新任务。

线程与进程的比较

• 线程启动速度快，轻量级
• 线程使用有一定难度，需要处理数据一致性问题
• 同一线程共享的有堆、全局变量、静态变量、指针等，而独自占有栈
• 线程是调度的基本单位（PC、状态码、通用寄存器、线程栈及栈指针）；进程是拥有资源的基本单位（打开文件、堆、代码段等）
• 一个进程内多个线程可以并发；多个进程可以并发
• 拥有资源：线程不拥有系统资源，但一个进程的多个线程可以共享隶属进程的资源；进程是拥有资源的独立单位
• 线程的系统开销小，线程创建销毁只需要处理PC值，状态码，通用寄存器值，线程栈及栈指针即可；进程创建和销毁需要重新分配及销毁task_struct结构。

读写锁

• 多个读者可以同时进行读
• 写者必须互斥（只允许一个写者写，也不能读者写者同时进行）
• 写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）

互斥锁

一次只能一个线程拥有互斥锁，其他线程只有等待。

互斥锁是在抢锁失败的情况下主动放弃CPU进入睡眠状态直到锁的状态改变时再唤醒，而操作系统负责线程调度，为了实现锁的状态发生改变时唤醒阻塞的线程或者进程，需要把锁交给操作系统管理，所以互斥锁在加锁操作时设计上下文的切换。互斥锁实际的效率还是可以让人接受的，加锁的时间大概100ns左右，而实际上互斥锁的一种可能的实现是先自旋一段时间，当自旋的时间超过阈值之后再将线程投入到睡眠中，因此在并发运算中使用互斥锁（每次占用锁的时间很短）的效果可能不亚于使用自旋锁。

互斥锁属于类型的锁。例如在一个双核的机器上有两个线程A和B，它们分别运行在core 0和core 1上。假设线程A想要通过操作去得到一个临界区的锁，而此时这个锁正被线程B所持有，那么线程A就会被阻塞，此时会通过上下文切换将线程A置于等待队列中，此时core 0就可以运行其他的任务（如线程C）。

任务队列

线程池定义

头文件声明

源文件定义

测试代码

因为在C++中，delete task.arg时候，由于delete void*类型是有危险的，因为void*指针只占四个字节，因此有可能不能全部地被释放，为了知道在程序中void*实际上是什么类型，因此在C++中可以使用模板来解决这一问题，因为模板可以传递类型。

任务队列声明

任务队列定义

线程池声明

线程池定义

测试

g++ main.cpp -o main -lpthread

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