Linux C线程池的具体实现方法

什么时候需要创建线程池呢？简单的说，如果一个应用需要频繁的创建和销毁线程，而任务执行的时间又非常短，这样线程创建和销毁的带来的开销就不容忽视，这时也是线程池该出场的机会了，下面为大家分享一下Linux C线程池的具体实现方法。

多线程编程，创建一个线程，指定去完成某一个任务，等待线程的退出。虽然能够满足编程需求，但是当我们需要创建大量的线程的时候，在创建过程以及销毁线程的过程中可能会消耗大量的CPU.增加很大开销。如：文件夹的copy、WEB服务器的响应。

线程池就是用来解决类似于这样的一个问题的，可以降低频繁地创建和销毁线程所带来地开销。

线程池技术思路：一般采用预创建线程技术，也就是提前把需要用线程先创建一定数目。这些线程提前创建好了之后，“任务队列”里面假设没有任务，那么就让这些线程休眠，一旦有任务，就唤醒线程去执行任务，任务执行完了，也不需要去销毁线程，直到当你想退出或者是关机时，这个时候，那么你调用销毁线程池地函数去销毁线程。

线程完成任务之后不会销毁，而是自动地执行下一个任务。而且，当任务有很多，你可以有函数接口去增加线程数量，当任务较少时，你可以有函数接口去销毁部分线程。

如果，创建和销毁线程的时间对比执行任务的时间可以忽略不计，那么我们在这种情况下面也就没有必要用线程池。

“任务队列”是一个共享资源“互斥访问”

线程池本质上也是一个数据结构，需要一个结构体去描述它：

struct pthread_pool //线程池的实现
{
//一般会有如下成员

//互斥锁，用来保护这个“任务队列”
pthread_mutex_t lock; //互斥锁  
 
//线程条件变量 表示“任务队列”是否有任务
pthread_cond_t cond; //条件变量
 
bool shutdown; //表示是否退出程序 bool：类型 false / true

//任务队列(链表)，指向第一个需要指向的任务
//所有的线程都从任务链表中获取任务 "共享资源"
struct task * task_list;
 
//线程池中有多个线程，每一个线程都有tid, 需要一个数组去保存tid
pthread_t * tids; //malloc()  
 
//线程池中正在服役的线程数，当前线程个数
unsigned int active_threads;
 
//线程池任务队列最大的任务数量
unsigned int max_waiting_tasks;
 
//线程池任务队列上当前有多少个任务
unsigned int cur_waiting_tasks;
 
//......

};

//任务队列(链表)上面的任务结点，只要能够描述好一个任务就可以了，
//线程会不断地任务队列取任务
struct task  //任务结点  
{
// 1. 任务结点表示的任务，“函数指针”指向任务要执行的函数(cp_file)
void*(* do_task)(void * arg);
 
//2. 指针，指向任务指向函数的参数(文件描述符)
void * arg;
 
//3. 任务结点类型的指针，指向下一个任务
struct task * next;
};

线程池框架代码如下，功能自填：

操作线程池所需要的函数接口：pthread_pool.c 、pthread_pool.h

把“线程池”想象成一个外包公司，你需要去完成的就是操作线程池所提供的函数接口。

pthread_pool.c

#include "pthread_pool.h"

/*
init_pool: 线程池初始化函数，初始化指定的线程池中有thread_num个初始线程
@pool：指针，指向您要初始化的那个线程池
@threa_num: 您要初始化的线程池中开始的线程数量
返回值：  
 成功 0
 失败 -1
*/

int init_pool(pthread_pool * pool , unsigned int threa_num)
{
//初始化线程池的结构体
 
//初始化线程互斥锁
pthread_mutex_init(&pool->lock, NULL);
 
//初始化线程条件变量
pthread_cond_init(&pool->cond, NULL);

pool->shutdown = false ;// 不退出

pool->task_list = (struct task*)malloc(sizeof(struct task));

pool->tids = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t) * MAX_ACTIVE_THREADS);
if(pool->task_list == NULL || pool->tids == NULL)
{
 perror("malloc memery error");
 return -1;
}

pool->task_list->next = NULL;

//线程池中一开始初始化多少个线程来服役
pool->active_threads = threa_num;

//表示线程池中最多有多少个任务
pool->max_waiting_tasks = MAX_WAITING_TASKS;

//线程池中任务队列当前的任务数量
pool->cur_waiting_tasks = 0;

//创建thread_num个线程，并且让线程去执行任务调配函数，
//记录所有线程的tid
int i = 0;
for(i = 0; i tids)[i], NULL, routine, (void*)pool);
 if(ret != 0)
 {
  perror("create thread error");
  return -1;
 }

 printf("[%lu]:[%s] ===> tids[%d]:[%lu]",pthread_self(),
  __FUNCTION__, i , pool->tids[i]);
}

return 0;
}

/*
routine: 任务调配函数。
 所有线程开始都执行此函数，此函数会不断的从线程池的任务队列
 中取下任务结点，去执行。
 
 任务结点中包含“函数指针” h "函数参数"
*/

void * routine(void * arg)
{
//arg表示你的线程池的指针
 
while()
{
 //获取线程互斥锁，lock  
 
 //当线程池没有结束的时候，不断地从线程池的任务队列取下结点
 //去执行。
 
 //释放线程互斥锁，unlock
 
 //释放任务结点
}
}

/*
destroy_pool: 销毁线程池，销毁前要保证所有的任务已经完成
*/

int destroy_pool(pthread_pool * pool)
{
//释放所有空间 等待任务执行完毕(join)。
//唤醒所有线程
//利用join函数回收每一个线程资源。
}

/*
add_task：给任务队列增加任务， 把do_task指向的任务(函数指针)和
 arg指向的参数保存到一个任务结点，添加到pool任务队列中。
 
@pool : 您要添加任务的线程池
@do_task ： 您需要添加的任务(cp_file)
@arg： 您要执行的任务的参数(文件描述符)
*/

int add_task(pthread_pool *pool,void*(* do_task)(void * arg), void*arg)
{
//把第二个参数和第三个参数封装成struct task  
 
//再把它添加到 pool->task 任务队列中去
 
//注意任务队列是一个共享资源
 
//假如任务后要唤醒等待的线程。
}

//如果任务多的时候，往线程池中添加线程  pthread_create
int add_threads(pthread_pool * pool, unsigned int num);
{
//新创建num个线程，让每一个线程去执行线程调配函数
 
//将每一个新创建的线程tid，添加到pool-> tids  
}

//如果任务少的时候，减少线程池中线程的数量 pthread_cancel join
int remove_threads(pthread_pool * pool, unsigned int num)
{
//用pthread_cancel取消num个线程  
//利用pthread_join函数去回收资源。
}

pthread_pool.h

#ifndef __PTHREAD_POOL_H__
#define __PTHREAD_POOL_H__

//表示线程池中最多有多少个线程
#define MAX_ACTIVE_THREADS 20

//表示线程池中最多有多少个任务
#define MAX_WAITING_TASKS 1024

//任务队列(链表)上面的任务结点，只要能够描述好一个任务就可以了，
//线程会不断地任务队列取任务
struct task  //任务结点  
{
// 1. 任务结点表示的任务，“函数指针”指向任务要执行的函数(cp_file)
void*(* do_task)(void * arg);
 
//2. 指针，指向任务指向函数的参数(文件描述符)
void * arg;
 
//3. 任务结点类型的指针，指向下一个任务
struct task * next;
};

struct pthread_pool //线程池的实现
{
//一般会有如下成员

//互斥锁，用来保护这个“任务队列”
pthread_mutex_t lock; //互斥锁  
 
//线程条件变量 表示“任务队列”是否有任务
pthread_cond_t cond; //条件变量
 
bool shutdown; //表示是否退出程序 bool：类型 false / true

//任务队列(链表)，指向第一个需要指向的任务
//所有的线程都从任务链表中获取任务 "共享资源"
struct task * task_list;
 
//线程池中有多个线程，每一个线程都有tid, 需要一个数组去保存tid
pthread_t * tids; //malloc()  
 
//线程池中正在服役的线程数，当前线程个数
unsigned int active_threads;
 
//线程池任务队列最大的任务数量
unsigned int max_waiting_tasks;
 
//线程池任务队列上当前有多少个任务
unsigned int cur_waiting_tasks;
 
//......

};

/*
init_pool: 线程池初始化函数，初始化指定的线程池中有thread_num
 个初始线程
@pool：指针，指向您要初始化的那个线程池
@threa_num: 您要初始化的线程池中开始的线程数量
返回值：  
 成功 0
 失败 -1
*/

int init_pool(pthread_pool * pool , unsigned int threa_num);

/*
routine: 任务调配函数。
 所有线程开始都执行此函数，此函数会不断的从线程池的任务队列
 中取下任务结点，去执行。
 
 任务结点中包含“函数指针” h "函数参数"
*/

void * routine(void * arg);

/*
destroy_pool: 销毁线程池，销毁前要保证所有的任务已经完成
*/

int destroy_pool(pthread_pool * pool);

/*
add_task：给任务队列增加任务， 把do_task指向的任务(函数指针)和
 arg指向的参数保存到一个任务结点，添加到pool任务队列中。
 
@pool : 您要添加任务的线程池
@do_task ： 您需要添加的任务(cp_file)
@arg： 您要执行的任务的参数(文件描述符)
*/

int add_task(pthread_pool *pool,void*(* do_task)(void * arg), void*arg);

//如果任务多的时候，往线程池中添加线程  pthread_create
int add_threads(pthread_pool * pool, unsigned int num);


//如果任务少的时候，减少线程池中线程的数量 pthread_cancel join
int remove_threads(pthread_pool * pool, unsigned int num);

#endif

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