在需要頻繁開線程時，創建和銷毀線程會話費大量時間，為了提高效率，我們可以在任務開始前，先創建一定數量的線程。這樣在接收到任務時，就可以直接使用線程池中處于wait狀態的線程，在任務結束后線程回到wait狀態，等待新任務的到來，這就避免了線程的創建與銷毀，從而提高程序執行效率。

所需數據

• 需要存儲有多少線程( int thread_number )
• 需要開辟對應的數組，存儲線程號( pthread_t *threads )
• 需要一個任務隊列來存儲未執行的任務，便于線程競爭任務并執行( task_queue )
• 需要一個flag來標記線程池是否結束，該標記可以在線程池結束后喚醒所有處于等待線程的線程，讓它們可以正常退出（其中，所有線程處于脫離（detach）狀態）
• 互斥鎖與條件變量，用于避免在獲取與添加任務時發生錯誤（同步與互斥）

運行流程

• 執行ThreadPool的構造函數，初始化有關數據，進行線程的創建，并將線程進行脫離（使線程在運行完后可以自動回收）
• 創建的線程會去執行工作線程，如果任務隊列為空，則一直while循環等待，直到被喚醒（signal）去競爭任務。若競爭到任務，則去執行，執行完后操作與前面相同；若沒有競爭到任務，則回到wait狀態
• 有新任務到來，接收到信號的程序會給線程池的任務隊列添加信息，線程池便會喚醒處于wait的線程執行任務，或直接被剛執行完任務的線程繼續執行（由于是任務隊列，所以只有處于隊首的任務會被執行）

代碼實現（c++，后面會有對代碼的分析）

源代碼請看我的Github

封裝線程池的類

// threadPool.h#ifndef _THREADPOOL_H_ #define _THREADPOOL_H_#include "locker.h" // 該頭文件見文章最后 或 Github #include <queue> using namespace std;template< typename T > class ThreadPool { private:int thread_number; // 線程池的線程數pthread_t *threads; // 線程數組queue<T *> task_queue; // 任務隊列MutexLocker queue_mutex_locker; // 任務隊列的互斥鎖Cond queue_cond_locker; // 任務隊列的條件變量bool m_stop; // 是否結束線程 public:ThreadPool( int thread_num = 20 );~ThreadPool();bool append( T *task ); // 向任務隊列添加任務 private:static void *worker( void * ); // 工作線程void run(); // 線程池中線程開始運行的函數T *getTask(); // 從任務隊列中獲取隊首的任務 };template< typename T > ThreadPool<T>::ThreadPool( int thread_num ) :thread_number(thread_num), threads(NULL), m_stop(false) {if( thread_number < 0 ) {cout << "thread_number < 0\n";throw exception();}// 創建數組存放線程號threads = new pthread_t[ thread_number ];if( !threads ) {cout << "threads is NULL\n";throw exception();}// 創建規定數量的線程for( int i = 0; i < thread_number; i++ ) {// 由于pthread_create第三個參數必須指向靜態函數，要使用類成員函數和變量，只能通過：// 1) 類的靜態對象// 2) 將類的對象作為參數傳給靜態函數// 這里通過第二種方法實現if( pthread_create( &threads[i], NULL, worker, this ) ) { // 成功返回0delete[] threads; // 創建失敗則釋放所有已分配的空間cout << "pthread_create error\n";throw exception();}// 將線程進行脫離，線程運行完后自動回收，避免使用主線程進行join等待其結束if( pthread_detach( threads[i] ) ) {delete[] threads;cout << "pthread_detach error\n";throw exception();}} }// 析構函數中，將m_stop置true，此時將阻塞中的所有線程喚醒 // 由于 !m_stop 為false，線程會退出循環，線程結束被回收（ 詳見函數run() ） // 若不喚醒線程，則在程序退出后，線程非正常結束，同時會導致 template< typename T > ThreadPool<T>::~ThreadPool() {delete[] threads;m_stop = true;queue_cond_locker.broadcast(); }/* 添加任務時需要先上鎖，并判斷隊列是否為空 */ template< typename T > bool ThreadPool<T>::append( T *task ) {queue_mutex_locker.mutex_lock();bool need_signal = task_queue.empty(); // 記錄添加任務之前隊列是否為空task_queue.push( task );queue_mutex_locker.mutex_unlock();// 如果添加任務之前隊列為空，即所有線程都在wait，所以需要喚醒某個線程if( need_signal ) {queue_cond_locker.signal();}return true; }// 線程函數，調用run()來使線程開始工作 template< typename T > void * ThreadPool<T>::worker( void *arg ) {ThreadPool *pool = ( ThreadPool * )arg;pool->run();return pool; }// 獲取處于隊首的任務，獲取時需要加鎖，避免發生錯誤 // 若隊列為空，則返回NULL，該線程成為等待狀態（詳見函數run()） template< typename T > T* ThreadPool<T>::getTask() {T *task = NULL;queue_mutex_locker.mutex_lock();if( !task_queue.empty() ) {task = task_queue.front();task_queue.pop();}queue_mutex_locker.mutex_unlock();return task; }template< typename T > void ThreadPool<T>::run() {while( !m_stop ) { // 當線程池沒有結束時，線程循環獲取任務進行執行T *task = getTask();if( !task ) {queue_cond_locker.wait(); // 隊列為空，線程開始等待} else {task->doit(); // 開始執行任務delete task; //task指向的對象在WebServer中new出來，因此需要手動delete}} }#endif

代碼分析

首先需要注意，threadpool的實現使用了模板類，這樣就需要把類的定義與成員函數的實現放在一個文件里，因為成員函數不能單獨編譯。

• 關于m_stop的作用：可以發現m_stop的初值為false，這樣線程就可以一直循環等待執行任務（ 見ThreadPool::run()成員函數 ），但是m_stop的值改變的位置在析構函數中，線程池都退出了，改變m_stop的值還有什么用呢？其實，在將m_stop的值改變后，又調用了broadcast()來喚醒所有線程，這樣所有被阻塞的線程就會開始執行，run()方法的循環條件是while( !m_stop )，這樣其循環會被破壞，進而線程結束，被自動回收。// PS:然而只要主線程（暫且就這樣叫了）退出（ 不是通過pthread_exit()退出 ），那么所有線程就會被強制終止，同樣也不會正常退出，所以線程池析構函數中喚醒所有線程并不會有什么作用，可能被喚醒的線程仍會在主線程結束前未執行完，仍為非正常退出。可以通過sleep()來環節，不過這樣仍不會對正在執行任務的線程有很好的作用，因為任務執行時間未知。（可以考慮在析構函數中使用join()等待線程結束 ）

• 在任務隊列進行添加任務、取任務、刪除任務時，為了避免多個線程對任務隊列同時操作，需要在進行修改時將任務隊列加鎖

• 由于pthread_create第三個參數必須指向靜態函數，要使用類成員函數和變量，只能通過：
  1) 類的靜態對象
  2) 將類的對象作為參數傳給靜態函數
  這里通過第二種方法實現，將對象本身作為參數傳到線程工作函數，在線程函數中進行類型強轉獲取調用對象中存儲的數據。

• 在從任務隊列獲取任務時：如果任務隊列非空，就加鎖獲得隊首任務，再將隊首出隊，將任務返回即可；如果任務隊列為空，即無法獲取任務，就會返回NULL，那么run()函數對應就會進入else后的語句，將線程進行阻塞，等待下一個任務的到來。

• 關于在run() 中 delete task;的說明：由于所有任務都是webServer類中使用new創建的（詳見我的Github），因為如果不適用new的話，在將任務加入隊列后，webServer.cpp中任務會出作用域，進行析構，那么任務可能會在執行完之前被析構，造成錯誤，所以使用new創建。然而，new創建的對象不會自動釋放，只能手動delete，因此在任務結束后進行delete，這樣才能使其資源釋放，同事可以調用Task的析構函數，關閉該任務對應的連接。

---

附：頭文件locker.h

封裝互斥鎖與條件變量的類

// locker.h #ifndef _LOCKER_H_ #define _LOCKER_H_#include <iostream> #include <exception> #include <pthread.h> using namespace std;/* 線程鎖 */ class MutexLocker { private:pthread_mutex_t m_mutex; public:MutexLocker() { //初始化if( pthread_mutex_init( &m_mutex, NULL ) ) {cout << "mutex init errror __ 1\n";throw exception();}}~MutexLocker() {pthread_mutex_destroy( &m_mutex );}bool mutex_lock() {return pthread_mutex_lock( &m_mutex ) == 0;}bool mutex_unlock() {return pthread_mutex_unlock( &m_mutex );} };/* 條件變量 */ class Cond { private:pthread_mutex_t m_mutex;pthread_cond_t m_cond; public:Cond() {if( pthread_mutex_init( &m_mutex, NULL ) ) {throw exception();}if( pthread_cond_init( &m_cond, NULL ) ) {pthread_cond_destroy( &m_cond );throw exception();}}~Cond() {pthread_mutex_destroy( &m_mutex );pthread_cond_destroy( &m_cond );}// 等待條件變量，cond與mutex搭配使用，避免造成共享數據的混亂bool wait() {pthread_mutex_lock( &m_mutex );int ret = pthread_cond_wait( &m_cond, &m_mutex );pthread_mutex_unlock( &m_mutex );return ret == 0;}// 喚醒等待該條件變量的某個線程bool signal() {return pthread_cond_signal( &m_cond ) == 0;}// 喚醒所有等待該條件變量的線程bool broadcast() {return pthread_cond_broadcast( &m_cond ) == 0;} };#endif

總結

以上是生活随笔為你收集整理的线程池的分析与实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。