C++线程池任务实现(简洁版)-创新互联

- 一、前言
- 二、线程池中的任务实现
- 三、测试
- 四、总结

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线程池的目标实现线程的复用, 因为线程是操作系统级别的资源, 频繁的创建线程和销毁线程会影响程序的性能。它逻辑的是预先创建一定数量线程, 然后线程池中的线程分别向任务队列取任务来执行, 若当前没有可执行的任务, 则线程池中的线程进入睡眠状态, 避免空耗CPU资源。本文主要记录线程池模型中关于任务的实现。
关于线程池中的任务实现, 目前我主要见过两种版本：
①第一种是利用C++多态性质来实现, 即创建一个 ITask 的虚基类, 然后各个模块根据应用场景去覆写虚基类，通常是基类中声明一个纯虚函数，派生类必须覆写这个函数接口。比如

class ITask
{public:
	virtual bool Run() = 0;
	
	//other interface
	...
}

class myTask:public ITask
{public:
	virtual bool Run() override
	{ //具体任务的流程
	}
	...
}

任务队列中保存的是基类 ITask 的指针, 线程池中的任务取出任务后调用实际调用派生类的函数 Run() 执行任务, 通过这种多态封装各种类型的任务。 POCO库中的线程池就是用的这种方式
①第二种是利用仿函数，结合C++11中的 Lambda表达式和函数绑定器来实现， github上搜索C++版本的《theradpool》出来的第一个项目就是用的这种方式, 本文展现的就是这种方式的更多细节。

二、线程池中的任务实现

C++中可被调用对象分别为以下三种：

① 函数，接受额外传入的参数里列表 作为实参（argument）
② 指向成员函数的指针，当你通过对象调用它，该对象被传递成为第一实参（必须是个reference或pointer），其他实参则一一对应成员函数的参数。
③ 函数对象（function object，该对象拥有operator ()），附带的args被传递作为实参。比如 Lambda 表达式。

前两种方式因为函数的参数有太多不确定性了, 所以通常不能直接用来做线程任务，但是函数对象就方便了, 它有统一的调用方式，并且可以把函数或者指向成员的函数指针包装成函数对象。所以任务的数据数据类型声明为 std::function
并且它的相关构造、赋值、移动、拷贝函数如下：

class CXTask
{public:
   using Function = std::function;

public:
   inline CXTask();
   inline CXTask(const CXTask& another);
   inline CXTask(CXTask&& another) noexcept;
   inline CXTask& operator=(const CXTask& another);
   inline CXTask& operator=(CXTask&& another);

   inline CXTask(const Function& func);
   inline CXTask(Function&& func);
   inline CXTask& operator=(Function&& func);
   inline CXTask& operator=(const Function& func);

   inline void operator() () const;
   inline operator bool() const;

private:
   Function m_func;
};

声明为这种方式的任务后线程池中的线程在队列中获得一个任务后可以直接通过小括号 task() 执行任务。接下来需要把前文提到的前两种可调用对象转换为 CXTask 类型。具体实现如下：

//任意类型函数和参数
templateinline CXTask CreateTask(Function&& func, Args&&... args)
{return CXTask(std::bind(std::forward(func), std::forward(args)...));
}

//函数对象, 比如 lambda
templateinline CXTask CreateTask(Function&& func)
{return CXTask(std::forward(func));
}

有了以上的实现后就可以把各种 DIY 的函数放进 CXTask 的任务队列了, 详见测试代码。

三、测试

测试程序使用C++标准库的 std::queue 来缓存线程任务, 创建两个线程来模拟线程池来执行任务, 使用之前文章中介绍的 (CXEvent) 来进行线程同步。功能上输入数字通过lambda创建任务, 输入字母通过函数绑定器创建对象，按 ‘q’ 退出程序。详细代码如下：

queueg_tasklist;
CXEvent       g_task_notify;
CXEvent       g_quit_notify(CXEvent::Mode::Manual);

void ThreadFunc()
{while (!g_quit_notify.isSignal())
	{g_task_notify.Wait();
		if (g_tasklist.empty())
		{	continue;
		}

		auto task = g_tasklist.front();
		if (task)
		{	task();
		}
		g_tasklist.pop();
	}
}

void TaskFunc(char inputcmd)
{cout<< "func task -- cur threadID:"<< this_thread::get_id()<< " --- keyWord is: "<< inputcmd<< endl;
}

int main()
{thread th1(ThreadFunc);
	thread th2(ThreadFunc);
	cout<<"th1 id: "<'R' };
	cin.get(inputCmd);
	while ('q' != inputCmd)
	{//数字走 lambda创建 task
		if (inputCmd>='0'&& inputCmd<='9')
		{	g_tasklist.push(CreateTask([inputCmd] {		cout<< "lambda task -- cur threadID:"<< this_thread::get_id()<< " --- keyWord is: "<< inputCmd<< endl;
				}));
		}
		
		//字母走 函数创建 task
		if (inputCmd >= 'a' && inputCmd<= 'z')
		{	g_tasklist.push(CreateTask(TaskFunc, inputCmd));
		}

		g_task_notify.SetEvent();
		
		cin.clear();
		cin.ignore();
		cin.get(inputCmd);
	}
	
	g_quit_notify.SetEvent();

	if (th1.joinable())
	{th1.join();
	}

	if (th2.joinable())
	{th2.join();
	}
	   
	return 0;
}

测试结果如下：
在这里插入图片描述

四、总结

本文实现了一种简洁版的线程池任务，实际工作中当然要比这个要复杂很多，比如通过观察者模式引入通知系统, 线程池的调度，任务的优先级管理等等。不过有了这些基础后就能方便看懂一些开源线程池的实现，提高技术。哈哈哈
代码地址：https://github.com/pengguoqing/samples_code/tree/master/c%2B%2B/task

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