Linux下C实现线程池

线程池的背景

在传统服务器结构中, 常是有一个总的监听线程监听有没有新的用户连接服务器, 每当有一个新的 用户进入, 服务器就开启一个新的线程用户处理这 个用户的数据包。这个线程只服务于这个用户 , 当 用户与服务器端关闭连接以后, 服务器端销毁这个线程。然而频繁地开辟与销毁线程极大地占用了系统的资源。而且在大量用户的情况下, 系统为了开辟和销毁线程将浪费大量的时间和资源。线程池提供了一个解决外部大量用户与服务器有限资源的矛盾, 线程池和传统的一个用户对应一 个线程的处理方法不同。
*线程池的基本思想:就是在程序 开始时就在内存中开辟一些线程, 线程的数目是 固定的,他们独自形成一个类, 屏蔽了对外的操作, 而服务器只需要将数据包交给线程池就可以了。当有新的客户请求到达时 , 不是新创建一个线程为其服务 , 而是从“池子”中选择一个空闲的线程为新的客户请求服务 ,服务完毕后 , 线程进入空闲线程池中。如果没有线程空闲 的 话, 就 将 数 据 包 暂 时 积 累 , 等 待 线 程 池 内 有 线 程空闲以后再进行处理。通过对多个任务重用已经存在的线程对象 , 降低了对线程对象创建和销毁的开销。当客户请求 时 , 线程对象 已 经 存 在 , 可 以 提 高 请 求 的响应时间 , 从而整体地提高了系统服务的表现

线程池的实现

一般来说实现一个线程池主要包括以下几个组成部分：

1. 线程管理器：用于创建并管理线程池。
2. 工作线程：线程池中实际执行任务的线程。在初始化线程时会预先创建好固定数目的线程在池中，这些初始化的线程一般处于空闲状态，一般不占用CPU，占用较小的内存空间。
3. 任务接口：每个任务必须实现的接口，当线程池的任务队列中有可执行任务时，被空闲的工作线程调去执行（线程的闲与忙是通过互斥量实现的，跟前面文章中的设置标志位差不多），把任务抽象出来形成接口，可以做到线程池与具体的任务无关。
4. 任务队列：用来存放没有处理的任务，提供一种缓冲机制，实现这种结构有好几种方法，常用的是队列，主要运用先进先出原理，另外一种是链表之类的数据结构，可以动态的为它分配内存空间，应用中比较灵活，下文中就是用到的链表。

下面用C实现一个线程池

线程池会维护一个任务链表(每个CThread_worker结构就是一个任务)。

typedef struct worker{    /*回调函数，任务运行时会调用此函数，注意也可声明成其它形式*/    void *(*process) (void *arg);    void *arg;/*回调函数的参数*/    struct worker *next;} CThread_worker;

/*线程池结构*/typedef struct{    pthread_mutex_t queue_lock;    pthread_cond_t queue_ready;    /*链表结构，线程池中所有等待任务*/    CThread_worker *queue_head;    /*是否销毁线程池*/    int shutdown;    pthread_t *threadid;    /*线程池中允许的活动线程数目*/    int max_thread_num;    /*当前等待队列的任务数目*/    int cur_queue_size;} CThread_pool;

pool_init()函数: 预先创建好max_thread_num个线程，每个线程执thread_routine ()函数，该函数中，如果任务链表中没有任务，则该线程出于阻塞等待状态。否则从队列中取出任务并执行。

pool_add_worker()函数：向线程池的任务链表中加入一个任务，加入后通过调用pthread_cond_signal (&(pool->queue_ready))唤醒一个出于阻塞状态的线程(如果有的话)。

pool_destroy ()函数：用于销毁线程池，线程池任务链表中的任务不会再被执行，但是正在运行的线程会一直把任务运行完后再退出。

下面贴出完整的代码：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <pthread.h>#include <assert.h>/**线程池里所有运行和等待的任务都是一个CThread_worker*由于所有任务都在链表里，所以是一个链表结构*/typedef struct worker{    /*回调函数，任务运行时会调用此函数，注意也可声明成其它形式*/    void *(*process) (void *arg);    void *arg;/*回调函数的参数*/    struct worker *next;} CThread_worker;/*线程池结构*/typedef struct{    pthread_mutex_t queue_lock;    pthread_cond_t queue_ready;    /*链表结构，线程池中所有等待任务*/    CThread_worker *queue_head;    /*是否销毁线程池*/    int shutdown;    pthread_t *threadid;    /*线程池中允许的活动线程数目*/    int max_thread_num;    /*当前等待队列的任务数目*/    int cur_queue_size;} CThread_pool;int pool_add_worker (void *(*process) (void *arg), void *arg);void *thread_routine (void *arg);static CThread_pool *pool = NULL;void pool_init (int max_thread_num){    pool = (CThread_pool *) malloc (sizeof (CThread_pool));    pthread_mutex_init (&(pool->queue_lock), NULL);    pthread_cond_init (&(pool->queue_ready), NULL);    pool->queue_head = NULL;    pool->max_thread_num = max_thread_num;    pool->cur_queue_size = 0;    pool->shutdown = 0;    pool->threadid =        (pthread_t *) malloc (max_thread_num * sizeof (pthread_t));    int i = 0;    for (i = 0; i < max_thread_num; i++)    {         pthread_create (&(pool->threadid[i]), NULL, thread_routine,                NULL);    }}/*向线程池中加入任务*/int pool_add_worker (void *(*process) (void *arg), void *arg){    /*构造一个新任务*/    CThread_worker *newworker =        (CThread_worker *) malloc (sizeof (CThread_worker));    newworker->process = process;    newworker->arg = arg;    newworker->next = NULL;/*别忘置空*/    pthread_mutex_lock (&(pool->queue_lock));    /*将任务加入到等待队列中*/    CThread_worker *member = pool->queue_head;    if (member != NULL)    {        while (member->next != NULL)            member = member->next;        member->next = newworker;    }    else    {        pool->queue_head = newworker;    }    assert (pool->queue_head != NULL);    pool->cur_queue_size++;    pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock));    /*好了，等待队列中有任务了，唤醒一个等待线程；    注意如果所有线程都在忙碌，这句没有任何作用*/    pthread_cond_signal (&(pool->queue_ready));    return 0;}/*销毁线程池，等待队列中的任务不会再被执行，但是正在运行的线程会一直把任务运行完后再退出*/int pool_destroy (){    if (pool->shutdown)        return -1;/*防止两次调用*/    pool->shutdown = 1;    /*唤醒所有等待线程，线程池要销毁了*/    pthread_cond_broadcast (&(pool->queue_ready));    /*阻塞等待线程退出，否则就成僵尸了*/    int i;    for (i = 0; i < pool->max_thread_num; i++)        pthread_join (pool->threadid[i], NULL);    free (pool->threadid);    /*销毁等待队列*/    CThread_worker *head = NULL;    while (pool->queue_head != NULL)    {        head = pool->queue_head;        pool->queue_head = pool->queue_head->next;        free (head);    }    /*条件变量和互斥量也别忘了销毁*/    pthread_mutex_destroy(&(pool->queue_lock));    pthread_cond_destroy(&(pool->queue_ready));    free (pool);    /*销毁后指针置空是个好习惯*/    pool=NULL;    return 0;}void* thread_routine (void *arg){    printf ("starting thread 0x%x\n", pthread_self ());    while (1)    {        pthread_mutex_lock (&(pool->queue_lock));        /*如果等待队列为0并且不销毁线程池，则处于阻塞状态; 注意        pthread_cond_wait是一个原子操作，等待前会解锁，唤醒后会加锁*/        while (pool->cur_queue_size == 0 && !pool->shutdown)        {            printf ("thread 0x%x is waiting\n", pthread_self ());            pthread_cond_wait (&(pool->queue_ready), &(pool->queue_lock));        }        /*线程池要销毁了*/        if (pool->shutdown)        {            /*遇到break,continue,return等跳转语句，千万不要忘记先解锁*/            pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock));            printf ("thread 0x%x will exit\n", pthread_self ());            pthread_exit (NULL);        }        printf ("thread 0x%x is starting to work\n", pthread_self ());        /*assert是调试的好帮手*/        assert (pool->cur_queue_size != 0);        assert (pool->queue_head != NULL);        /*等待队列长度减去1，并取出链表中的头元素*/        pool->cur_queue_size--;        CThread_worker *worker = pool->queue_head;        pool->queue_head = worker->next;        pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock));        /*调用回调函数，执行任务*/        (*(worker->process)) (worker->arg);        free (worker);        worker = NULL;    }    /*这一句应该是不可达的*/    pthread_exit (NULL);}//测试函数void* myprocess (void *arg){    printf ("threadid is 0x%x, working on task %d\n", pthread_self (),*(int *) arg);    sleep (1);/*休息一秒，延长任务的执行时间*/    return NULL;}int main (){    pool_init (3);/*线程池中最多三个活动线程*/    /*连续向池中投入10个任务*/    int *workingnum = (int *) malloc (sizeof (int) * 10);    int i;    for (i = 0; i < 10; i++)    {        workingnum[i] = i;        pool_add_worker (myprocess, &workingnum[i]);    }    /*等待所有任务完成*/    sleep (5);    /*销毁线程池*/    pool_destroy ();    free (workingnum);    return 0;}

测试结果：

转载地址：http://blog.csdn.net/hubi0952/article/details/8045094