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还东国的博客

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(转载)c++11线程池实现  

2016-05-06 09:06:56|  分类: C++(VC)编程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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(转载)c++11线程池实现

标签: c++c++11线程池

2015-07-22 00:01 2495人阅读 评论(7) 收藏 举报

版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。

http://blog.csdn.net/zdarks/article/details/46994607

目录(?)[+]

咳咳。c++11 加入了线程库,从此告别了标准库不支持并发的历史。然而 c++ 对于多线程的支持还是比较低级,稍微高级一点的用法都需要自己去实现,譬如线程池、信号量等。线程池(thread pool)这个东西,在面试上多次被问到,一般的回答都是:“管理一个任务队列,一个线程队列,然后每次取一个任务分配给一个线程去做,循环往复。” 貌似没有问题吧。但是写起程序来的时候就出问题了。

 

废话不多说,先上实现,然后再啰嗦。(dont talk, show me ur code !)

 

#ifndef ILOVERS_THREAD_POOL_H

#define ILOVERS_THREAD_POOL_H

 

#include <iostream>

#include <functional>

#include <thread>

#include <condition_variable>

#include <future>

#include <atomic>

#include <vector>

#include <queue>

 

// 命名空间

namespace ilovers {

    class TaskExecutor;

}

 

class ilovers::TaskExecutor{

    using Task = std::function<void()>;

private:

    // 线程池

    std::vector<std::thread> pool;

    // 任务队列

    std::queue<Task> tasks;

    // 同步

    std::mutex m_task;

    std::condition_variable cv_task;

    // 是否关闭提交

    std::atomic<bool> stop;

   

public:

    // 构造

    TaskExecutor(size_t size = 4): stop {false}{

        size = size < 1 ? 1 : size;

        for(size_t i = 0; i< size; ++i){

            pool.emplace_back(&TaskExecutor::schedual, this);    // push_back(std::thread{...})

        }

    }

   

    // 析构

    ~TaskExecutor(){

        for(std::thread& thread : pool){

            thread.detach();    // 让线程“自生自灭”

            //thread.join();        // 等待任务结束, 前提:线程一定会执行完

        }

    }

   

    // 停止任务提交

    void shutdown(){

        this->stop.store(true);

    }

   

    // 重启任务提交

    void restart(){

        this->stop.store(false);

    }

   

    // 提交一个任务

    template<class F, class... Args>

    auto commit(F&& f, Args&&... args) ->std::future<decltype(f(args...))> {

        if(stop.load()){    // stop == true ??

            throw std::runtime_error("task executor have closed commit.");

        }

       

        using ResType =  decltype(f(args...));    // typename std::result_of<F(Args...)>::type, 函数 f 的返回值类型

        auto task = std::make_shared<std::packaged_task<ResType()>>(

                        std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...)

                );    // wtf !

        {    // 添加任务到队列

            std::lock_guard<std::mutex> lock {m_task};

            tasks.emplace([task](){   // push(Task{...})

                (*task)();

            });

        }

        cv_task.notify_all();    // 唤醒线程执行

       

        std::future<ResType> future = task->get_future();

        return future;

    }

   

private:

    // 获取一个待执行的 task

    Task get_one_task(){

        std::unique_lock<std::mutex> lock {m_task};

        cv_task.wait(lock, [this](){ return !tasks.empty(); });    // wait 直到有 task

        Task task {std::move(tasks.front())};    // 取一个 task

        tasks.pop();

        return task;

    }

   

    // 任务调度

    void schedual(){

        while(true){

            if(Task task = get_one_task()){

                task();    //

            }else{

                // return;    // done

            }

        }

    }

};

 

#endif

 

void f()

{

    std::cout << "hello, f !" << std::endl;

}

 

struct G{

    int operator()(){

        std::cout << "hello, g !" << std::endl;

        return 42;

    }

};

 

 

int main()

try{

    ilovers::TaskExecutor executor {10};

   

    std::future<void> ff = executor.commit(f);

    std::future<int> fg = executor.commit(G{});

    std::future<std::string> fh = executor.commit([]()->std::string { std::cout << "hello, h !" << std::endl; return "hello,fh !";});

   

    executor.shutdown();

   

    ff.get();

    std::cout << fg.get() << " " << fh.get() << std::endl;

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));

    executor.restart();    // 重启任务

    executor.commit(f).get();    //

   

    std::cout << "end..." << std::endl;

    return 0;

}catch(std::exception& e){

    std::cout << "some unhappy happened... " << e.what() << std::endl;

}

为了避嫌,先进行一下版权说明:代码是 me “写”的,但是思路来自 Internet 特别是这个线程池实现(窝的实现,基本 copy 了这个实现,好东西值得 copy !)

 

实现原理

接着前面的废话说。“管理一个任务队列,一个线程队列,然后每次取一个任务分配给一个线程去做,循环往复。” 这个思路有神马问题?线程池一般要复用线程,所以如果是取一个 task 分配给某一个 thread,执行完之后再重新分配,在语言层面基本都是不支持的:一般语言的 thread 都是执行一个固定的 task 函数,执行完毕线程也就结束了(至少 c++ 是这样)so 要如何实现 task thread 的分配呢?

 

让每一个 thread 都去执行调度函数:循环获取一个 task,然后执行之。

 

idea 是不是很赞!保证了 thread 函数的唯一性,而且复用线程执行 task

 

即使理解了 ideame 想代码还是需要详细解释一下的。

 

一个线程 pool,一个任务队列 queue ,应该没有意见;

任务队列是典型的生产者-消费者模型,本模型至少需要两个工具:一个 mutex + 一个条件变量,或是一个 mutex + 一个信号量。mutex 实际上就是锁,保证任务的添加和移除(获取)的互斥性,一个条件变量是保证获取 task 的同步性:一个 empty 的队列,线程应该等待(阻塞)

stop 控制任务提交,是受了 Java 的影响,还有实现类不叫 ThreadPool 而是叫 TaskExecutor

atomic<bool> 本身是原子类型,从名字上就懂:它们的操作 load()/store() 是原子操作,所以不需要再加 mutex

c++语言细节

即使懂原理也不代表能写出程序,上面用了众多c++11的“奇技淫巧”,下面简单描述之。

 

using Task = function<void()> 是类型别名,简化了 typedef 的用法。function<void()> 可以认为是一个函数类型,接受任意原型是 void() 的函数,或是函数对象,或是匿名函数。void() 意思是不带参数,没有返回值。最初的实现版本 Task 类型不是单纯的函数类型,而是一个 class,包含一个 status 字段,表明 Task 的状态:未调度、执行中、执行结束。后来因为简化,故删掉了。

pool.emplace_back(&TaskExecutor::schedual, this); pool.push_back(thread{&TaskExecutor::schedual, this}) 功能一样,只不过前者性能会更好;

thread{&TaskExecutor::schedual, this} 是构造了一个线程对象,执行函数是成员函数 TaskExecutor::schedual

所有对象的初始化方式均采用了 {},而不再使用之前的 () 方式,因为风格不够一致且容易出错;

匿名函数: [](int a, int b)->int { return a+b; } 不多说。[] 是捕捉器,&r 是引用域外的变量 r =r 是拷贝域外的 r 值;

delctype(expr) 用来推断 expr 的类型,和 auto 是类似的,相当于类型占位符,占据一个类型的位置;auto f(A a, B b) -> decltype(a+b) 是一种用法,不能写作 decltype(a+b) f(A a, B b),为啥?! c++ 就是这么规定的!

commit 方法是不是略奇葩!可以带任意多的参数,第一个参数是 f,后面依次是函数 f 的参数! 可变参数模板是 c++11 的一大亮点,够亮!至于为什么是 Arg... arg... ,因为规定就是这么用的!

make_shared 用来构造 shared_ptr 智能指针。用法大体是 shared_ptr<int> p = make_shared<int>(4) 然后 *p == 4 。智能指针的好处就是, 自动 delete

bind 函数,接受函数 f 和部分参数,返回currying后的匿名函数,譬如 bind(add, 4) 可以实现类似 add4 的函数!

forward() 函数,类似于 move() 函数,后者是将参数右值化,前者是... 肿么说呢?大概意思就是:不改变最初传入的类型的引用类型(左值还是左值,右值还是右值)

packaged_task 就是任务函数的封装类,通过 get_future 获取 future 然后通过 future 可以获取函数的返回值(future.get())packaged_task 本身可以像函数一样调用 ()

queue 是队列类, front() 获取头部元素, pop() 移除头部元素;back() 获取尾部元素,push() 尾部添加元素;

lock_guard mutex stack 封装类,构造的时候 lock(),析构的时候 unlock(),是 c++ RAII idea

condition_variable cv; 条件变量, 需要配合 unique_lock 使用;unique_lock 相比 lock_guard 的好处是:可以随时 unlock() lock() cv.wait() 之前需要持有 mutexwait 本身会 unlock() mutex,如果条件满足则会重新持有 mutex

结束语

是不是感觉有些反人类!

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