Linux学习高并发服务器框架线程池介绍线程池封装

　　目录前言
　　本文主要学习   Linux内核编程   ，结合   Visual Studio 2019   进行跨平台编程，内容包括线程池介绍以及线程池封装  一、线程池介绍
　　线程池基本概念线程池   是预先创建线程的一种技术 （服务器真正意义上实现高并发就必须用线程池）  举个例子：生活中的水池，是装东西的容器，用来装水的，线程池当然就是拿来装线程的  线程池在任务还没有到来之前，创建一定数量的线程，放入空闲队列中，这些线程都是处于阻塞状态，不消耗CPU，但占用较小的内存空间  当新任务到来时，缓冲池选择一个空闲线程，把任务传入此线程中运行，如果缓冲池已经没有空闲线程，则新建若干个线程，当系统比较空闲时，大部分线程都一直处于暂停状态，线程池自动销毁一部分线程，回收系统资源  线程池组成部分线程池类
　　维护工作者线程队列（包括空闲与忙碌队列）
　　维护一个任务队列
　　维护一个线程池调度器指针  线程池调度器   （本身也是一个线程）
　　负责线程调度
　　负责任务分配  工作者线程类   （线程池中的线程类的封装）  任务队列  任务接口   （实际的业务逻辑都继承自该接口）  线程池工作原理
　　根据服务器的需要，来设置线程的数量，可能是10条、20条、30条，根据服务器的承载，10条不代表只能做10个任务，总有任务做的快，有的做的慢，可能可以完成20个任务
　　举个例子：如上动图所示，当我们服务器收到一个注册业务，是一个服务器要执行的任务，它会进入到任务队列，队列先进先出，顺次执行，任务会唤醒空闲列表当中的一个空闲的线程，接到任务之后，空闲线程会从空闲列表中消失，进入到忙碌列表，去完成对应的任务，完成任务后，从忙碌列表中出去，到空闲列表继续等待新任务
　　如果，所有的线程都在忙，都在做任务，这时候登录进来，先进入任务队列，会创建一个新的线程来接这个任务，当所有线程都完成任务，回到空闲列表后，新创建的线程销毁，留下原先设置的对应数量线程（类似，保留老员工，把实习生裁员）  队列：   先进先出  空闲列表（链表）：   不定长（有的时候可能需要创建新线程来接任务）  忙碌列表（链表）：   不定长（有的时候可能需要创建新线程来接任务）
　　话不多说，咱们上号，封装一下线程池相关函数，来进行测试
　　二、线程池代码封装main.cpp主函数，设置10条线程，来执行30个任务  #include #include #include ＂ThreadPool.h＂#include ＂ChildTask.h＂using namespace std;int main(){ThreadPool* pool = new ThreadPool(10);//10条线程for (int i = 0; i < 30; i++)//设置30个任务{char buf[40] = { 0 };//初始化sprintf(buf, ＂%s%d＂, ＂任务＂, i);BaseTask* task = new ChildTask(buf);pool->pushTask(task);}while (1) {}return 0;}ThreadPool.h对线程池进行设计，核心包括   最大、最小线程数   ，   忙碌列表   ，   空闲列表   ，   任务队列   ，   互斥量   ，   条件变量   ，以及   线程执行函数  #pragma once#include //队列#include //链表头文件#include //线程头文件#include //find查找#include #include ＂BaseTask.h＂using namespace std;#define MIN_NUM 10//最小值 默认参数class ThreadPool{public:ThreadPool(const int num = MIN_NUM);~ThreadPool();//判断任务队列是否为空bool QueueIsEmpty();//线程互斥量加锁解锁void Lock();void Unlock();//线程条件变量等待和唤醒void Wait();void WakeUp();//添加任务到任务队列void pushTask(BaseTask* task);//从任务队列移除任务BaseTask* popTask(BaseTask* task);//从忙碌回到空闲 工作结束void MoveToIdle(pthread_t id);//从空闲到忙碌 工作开始void MoveToBusy(pthread_t id);//线程执行函数static void* RunTime(void* vo);private:int threadMinNum;//最大线程数量int threadMaxNum;//最小线程数量queuetaskQueue;//任务队列listbusyList;//线程忙碌列表listidleList;//线程空闲列表pthread_mutex_t mutex;//互斥量：做锁pthread_cond_t cond;//条件变量：让线程等待或者唤醒};ThreadPool.cpp对函数进行参数的设置，核心在于线程执行函数上的设置，在工作前和工作完设置打印，方便我们进行观察  #include ＂ThreadPool.h＂ThreadPool::ThreadPool(const int num){this->threadMinNum = num;//条件变量、互斥量初始化pthread_mutex_init(&this->mutex, NULL);pthread_cond_init(&this->cond, NULL);pthread_t id;//线程num条创建for (int i = 0; i < this->threadMinNum; i++){//线程创建pthread_create(&id, NULL, RunTime, this);this->idleList.push_back(id);//线程存入空闲列表}}ThreadPool::~ThreadPool(){}//任务队列是否为空bool ThreadPool::QueueIsEmpty(){return this->taskQueue.empty();}//线程加锁void ThreadPool::Lock(){pthread_mutex_lock(&this->mutex);}//线程解锁void ThreadPool::Unlock(){pthread_mutex_unlock(&this->mutex);}//线程等待void ThreadPool::Wait(){pthread_cond_wait(&this->cond, &this->mutex);}//线程唤醒void ThreadPool::WakeUp(){pthread_cond_signal(&this->cond);}//添加任务到任务队列void ThreadPool::pushTask(BaseTask* task){Lock();taskQueue.push(task);Unlock();WakeUp();}//从任务队列移除任务BaseTask* ThreadPool::popTask(BaseTask* task){task = this->taskQueue.front();//从队列头取this->taskQueue.pop();//删除队列头return task;}//从忙碌回到空闲 工作结束void ThreadPool::MoveToIdle(pthread_t id){list::iterator iter;iter = find(busyList.begin(), busyList.end(), id);if (iter != busyList.end()){//从忙碌移除this->busyList.erase(iter);//添加到空闲this->idleList.push_back(*iter);//this->idleList.push_back(id)}}//从空闲到忙碌 工作开始void ThreadPool::MoveToBusy(pthread_t id){list::iterator iter;iter = find(idleList.begin(), idleList.end(), id);if (iter != idleList.end()){//从空闲移除this->idleList.erase(iter);//添加到忙碌this->busyList.push_back(*iter);//this->idleList.push_back(id)}}//线程执行函数void* ThreadPool::RunTime(void* vo){//拿到执行线程自己的id 因为后面要处理忙碌和空闲的情况pthread_t id = pthread_self();//确保主线程与子线程分离，子线程结束后，资源自动回收pthread_detach(id);//线程参数获取ThreadPool* argThis = (ThreadPool*)vo;while (true){argThis->Lock();//如果任务队列为空 线程则一直等待 //知道任务队列不为空则会被pushTask函数唤醒线程while (argThis->QueueIsEmpty()){argThis->Wait();}argThis->MoveToBusy(id);cout << ＂工作前  任务数:＂ << argThis->taskQueue.size() << endl;cout << ＂工作前  busy:＂ << argThis->busyList.size() << endl;cout << ＂工作前  idle:＂ << argThis->idleList.size() << endl;cout << ＂-----------------------------------------------＂ << endl;//取任务BaseTask* task;task = argThis->popTask(task);argThis->Unlock();//任务工作task->working();//工作结束argThis->Lock();argThis->MoveToIdle(id);argThis->Unlock();cout << ＂工作完  任务数:＂ << argThis->taskQueue.size() << endl;cout << ＂工作完  busy:＂ << argThis->busyList.size() << endl;cout << ＂工作完  idle:＂ << argThis->idleList.size() << endl;cout << ＂>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>＂ << endl;}return nullptr;}ChildTask.h子类配置  #pragma once#include ＂BaseTask.h＂#include #include //sleep头文件using namespace std;class ChildTask :public BaseTask{public:ChildTask(char* data);~ChildTask();void working();};ChildTask.cpp子类设置延时模拟做任务的时间比较长  #include ＂ChildTask.h＂ChildTask::ChildTask(char* data) :BaseTask(data)//参数传给父类{}ChildTask::~ChildTask(){}void ChildTask::working(){cout << this->data << ＂正在执行......＂ << endl;sleep(3);//延时3秒 （模拟做业务的时间比较长）}BaseTask.h基类设置结构体来装业务  #pragma once#include class BaseTask{public:BaseTask(char* data);~BaseTask();char data[1024]; //装业务virtual void working() = 0;//虚函数};BaseTask.cpp基类配置  #include ＂BaseTask.h＂BaseTask::BaseTask(char* data){bzero(this->data, sizeof(this->data));//清空memcpy(this->data, data, sizeof(data));}BaseTask::~BaseTask(){delete this->data;//清除释放}三、测试效果通过Linux连接VS进行跨平台编程，我们可以清晰的看到有几个线程是在做任务，几个线程是空闲的，整个过程就很清晰直观的展现出来了，如下动图所示：  10条线程做30个任务的全部记录，如下如所示：
　　四、总结创建线程池的好处线程池的使用，能让我们搭建的高并发服务器真正意义上做到高并发  降低资源消耗
　　通过重复利用自己创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗  提高响应速度
　　当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建和销毁就能立即执行  提高线程的可管理性
　　线程式稀缺资源，如果无限的创建线程，不仅会消耗资源，还会降低系统的稳定性
　　使用线程池可以进行统一分配，调优和监控