线程池

诸如web服务器、数据库服务器、文件服务器和邮件服务器等许多服务器应用都面向处理来自某些远程来源的大量短小的任务。构建服务器应用程序的一个过于简单的模型是：每当一个请求到达就创建一个新的服务对象，然后在新的服务对象中为请求服务。但当有大量请求并发访问时，服务器不断的创建和销毁对象的开销很大。所以提高服务器效率的一个手段就是尽可能减少创建和销毁对象的次数，特别是一些很耗资源的对象创建和销毁，这样就引入了“池”的概念，“池”的概念使得人们可以定制一定量的资源，然后对这些资源进行复用，而不是频繁的创建和销毁。

• 线程池

预先创建线程的一种技术。线程池在还没有任务到来之前，创建一定数量的线程，放入空闲队列中。这些线程都是处于睡眠状态，即均为启动，不消耗CPU，而只是占用较小的内存空间。当请求到来之后，缓冲池给这次请求分配一个空闲线程，把请求传入此线程中运行，进行处理。当预先创建的线程都处于运行状态，即预制线程不够，线程池可以自由创建一定数量的新线程，用于处理更多的请求。当系统比较闲的时候，也可以通过移除一部分一直处于停用状态的线程。

• 线程池实现

线程池，顾名思义，就是要创建很多线程。创建线程的函数pthread_create()应该是最容易被想到的。有线程创建就要有线程退出pthread_exit()，在线程退出前，如果线程没有设置pthread_detach()属性，那么显然要回收线程资源pthread_join()。当然咯，可能要获取线程的ID值pthread_self()。

• 实现了上面二步，一个线程池的框架就初步搭起来了。当然没法用，因为真正干事情的线程全部在等待中，注意不应该是超时的等待pthread_cond_timewait（）。要使处于阻塞状态的线程干事情，得用信号去唤醒它pthread_cond_signal（），“打鸟”的一个函数，开一枪，总会把这只鸟吵醒，但具体是那一只，看那只最先在那排队了（上面已经说了pthread_cond_wait（）函数的等待队列问题）。当然也可以想到“打鸟惊群”的函数pthread_cond_broadcast（），打一枪，无论打没打着，一群鸟都飞走了。

• 有了上面的基础，接下来就重点关注任务部分了。当然线程数量有限，上面已经说了，是固定的数目。因此任务大于线程数时，排队是难免的了。因此创建了一个任务队列，队列中的每一项代表一个任务。任务队列的节点最简单的模型就是一个处理任务的回掉函数void* (*callback_function)(void *arg)。指向函数的指针，参数是个指针，返回值也是个指针。具体的函数和参数则需要另外写函数定义。没次调用完线程处理完这个任务，就需要把它从任务队列中删除。进入任务队列的任务数也不能无限多，因此也设为一个比线程数稍微大个几个的一个固定值。

#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);}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;}