Linux下socket编程之线程池的实现

1.线程池基本原理

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, 它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。

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。

下面的不在赘述百度《线程池技术在并发服务器中的应用》写的非常详细！

转自：http://blog.csdn.net/zouxinfox/article/details/3560891

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。如果线程创建和销毁时间相比任务执行时间可以忽略不计，则没有必要使用线程池了。
下面是Linux系统下用C语言创建的一个线程池。线程池会维护一个任务链表(每个CThread_worker结构就是一个任务)。
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

while (pool->cur_queue_size == 0){      pthread_cond_wait (&(pool->queue_ready),&(pool->queue_lock));}

表示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。

#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);  //share resource  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);  }  //    下面是测试代码  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 (int argc, char **argv)  {      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;  }

运行结果：

注意：
转自：http://blog.csdn.net/hubi0952/article/details/8045094
只做了验证，和对知识的学习。转载过来是为了以后复习方便