线程、锁、线程池

写在前面

最近看了线程池的原理，也学到不少知识，现做出总结，同时也实现了自己的线程池。

线程（Thread）

在任何一个时间点，线程有2种状态（这里与新建、就绪、执行、阻塞和死亡5种状态是两类不同的概念）：

• 可结合的（joinable）
  thread.join，创建线程有回收和杀死线程的权利，创建线程会被阻塞，直到线程执行完。
• 分离的（detached）
  thread.detach，创建线程与线程分离，不具有控制线程的权利，两个线程独立运行，最后线程资源会由系统自动释放。

锁（Lock）

有四类锁。

• 互斥锁
  线程获取不到锁便阻塞。
• 自旋锁
  线程循环获取锁，不会阻塞，适用于临界区执行时间短（能很快获取锁）的程序，有效避免了线程调度浪费的时间，但一直占用CPU。
• 条件变量
  与锁的概念不同，而是等待某个条件满足，经常用于线程间同步，比如线程A的条件依赖与线程B的设置，那么在线程B设置后，会通知阻塞的线程A向下执行。
• 读写锁
  假设现在读锁锁定了临界区，那么后来的读锁依然能够进入临界区，这样可以允许并行读取公共资源（读锁锁住的临界区只允许读操作），如果后来的是写锁，那么写锁阻塞，如果在这之后再来读锁，那么读锁也阻塞，这样做是为了防止读锁一直占用公共资源（写锁饥饿）；
  假设现在写锁锁定了临界区（写锁锁住的临界区允许写操作），后来的无论是读锁还是写锁，全部会阻塞。

线程池（ThreadPool）

在后台处理大量请求时，可能为每个请求创建一个线程，但是如果线程的创建和销毁比处理时间还长，那么对于频繁的创建线程是没有必要的，一般会用线程池去处理这样的请求。接下来会讲解如何用C++实现简单的线程池。线程池会固定线程数，利用生产者/消费者模型去处理任务。

• 任务接口
  将任务抽象成接口，具体任务继承至该接口。

  class Task{protected:    std::string name;    void* data; //任务的一些属性public:    Task(std::string, void*);    virtual void run() = 0;//处理方法    virtual ~Task();};

• 生产者/消费者模型
  生产者用来产生数据，消费者则处理数据，可以理解为队列，一端用来放任务，另一端用来处理任务。

  class ThreadPool{private:    int thread_num; //固定线程数    static queue<Task*> task_queue;//任务队列，多个线程共享    static bool shutdown;//用于关闭线程池    static pthread_mutex_t mutex;//互斥锁    static pthread_cond_t condition; //条件变量    pthread_t* pthread_ids;//存储线程IDpublic:    ThreadPool(int);//创建thread_num个线程    static void* threadFunc(void*);//关键，线程通过循环+阻塞+锁去从共享队列中去取任务执行    void addTask(Task*);//添加任务，由于访问共享队列，需要加锁    void joinAll();//所有任务执行完，回收所有线程    ~ThreadPool();};

• 线程处理任务（threadFunc）
  （1）条件变量的使用需要用到互斥锁，因为判断的条件是共享队列的长度，对于共享资源的访问都需要加锁。
  （2）在唤醒线程到重新加锁中间，共享数据可能发生变化，需要重新判断，所以引入循环判断。

  void* ThreadPool::threadFunc(void* threadData){    while (!shutdown)    {        pthread_mutex_lock(&mutex);        while (task_queue.size() == 0 && !shutdown)        {            pthread_cond_wait(&condition, &mutex);            //先释放锁，然后阻塞            //当收到通知，先唤醒线程，然后重新加锁        }        if (task_queue.size() > 0)        {            Task* task = task_queue.front();            task_queue.pop();            pthread_mutex_unlock(&mutex);            task->run();        }        else pthread_mutex_unlock(&mutex);    }    return (void*)0;}

  源码地址：https://github.com/wedy542700927/ThreadPool
  这是一个简单的线程池实现，如果某个线程做了过多的任务，说明每个线程所分到的时间片不等。是否需要平衡时间片分配，以及如何做线程调度，定时器等也是需要考虑的问题。