線程池是一種多線程處理形式，大多用于高并發(fā)服務(wù)器上，它能合理有效的利用高并發(fā)服務(wù)器上的線程資源；線程與進(jìn)程用于處理各項(xiàng)分支子功能，我們通常的操作是：接收消息 ==> 消息分類 ==> 線程創(chuàng)建 ==> 傳遞消息到子線程 ==> 線程分離 ==> 在子線程中執(zhí)行任務(wù) ==> 任務(wù)結(jié)束退出；

對(duì)大多數(shù)小型局域網(wǎng)的通信來說，上述方法足夠滿足需求；但當(dāng)我們的通信范圍擴(kuò)大到廣域網(wǎng)或大型局域網(wǎng)通信中時(shí)，我們將面臨大量消息頻繁請(qǐng)求服務(wù)器；在這種情況下，創(chuàng)建與銷毀線程都已經(jīng)成為一種奢侈的開銷，特別對(duì)于嵌入式服務(wù)器來說更應(yīng)保證內(nèi)存資源的合理利用；

因此，線程池技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生；線程池允許一個(gè)線程可以多次復(fù)用，且每次復(fù)用的線程內(nèi)部的消息處理可以不相同，將創(chuàng)建與銷毀的開銷省去而不必來一個(gè)請(qǐng)求開一個(gè)線程；

結(jié)構(gòu)講解：

線程池是一個(gè)抽象的概念，其內(nèi)部由任務(wù)隊(duì)列，一堆線程，管理者線程組成；

我們將以上圖為例，實(shí)現(xiàn)一個(gè)最基礎(chǔ)的線程池，接下來將分部分依次講解；講解順序?yàn)椋?.線程池總體結(jié)構(gòu) 2.線程數(shù)組 3.任務(wù)隊(duì)列 4.管理者線程 5.使用線程池接口的例子

一、線程池總體結(jié)構(gòu)

這里講解線程池在邏輯上的結(jié)構(gòu)體；看下方代碼，該結(jié)構(gòu)體threadpool_t中包含線程池狀態(tài)信息，任務(wù)隊(duì)列信息以及多線程操作中的互斥鎖；在任務(wù)結(jié)構(gòu)體中包含了一個(gè)可以放置多種不同任務(wù)函數(shù)的函數(shù)指針，一個(gè)傳入該任務(wù)函數(shù)的void*類型的參數(shù)；

注意：在使用時(shí)需要將你的消息分類處理函數(shù)裝入任務(wù)的(*function);然后放置到任務(wù)隊(duì)列并通知空閑線程；

線程池狀態(tài)信息：描述當(dāng)前線程池的基本信息，如是否開啟、最小線程數(shù)、最大線程數(shù)、存活線程數(shù)、忙線程數(shù)、待銷毀線程數(shù)等… …

任務(wù)隊(duì)列信息：描述當(dāng)前任務(wù)隊(duì)列基本信息，如最大任務(wù)數(shù)、隊(duì)列不為滿條件變量、隊(duì)列不為空條件變量等… …

多線程互斥鎖：保證在同一時(shí)間點(diǎn)上只有一個(gè)線程在任務(wù)隊(duì)列中取任務(wù)并修改任務(wù)隊(duì)列信息、修改線程池信息；

函數(shù)指針：在打包消息階段，將分類后的消息處理函數(shù)放在(*function);

void*類型參數(shù)：用于傳遞消息處理函數(shù)需要的信息；

/ 任務(wù) /

typedef struct {

void *(*function)(void *);

void *arg;

} threadpool_task_t;

/ 線程池管理 /

struct threadpool_t{

pthread_mutex_t lock; /* 鎖住整個(gè)結(jié)構(gòu)體 */

pthread_mutex_t thread_counter; /* 用于使用忙線程數(shù)時(shí)的鎖 */

pthread_cond_t queue_not_full; /* 條件變量，任務(wù)隊(duì)列不為滿 */

pthread_cond_t queue_not_empty; /* 任務(wù)隊(duì)列不為空 */

pthread_t threads; / 存放線程的tid,實(shí)際上就是管理了線 數(shù)組 */

pthread_t admin_tid; /* 管理者線程tid */

threadpool_task_t task_queue; / 任務(wù)隊(duì)列 */

/ 線程池信息 /

int min_thr_num; /* 線程池中最小線程數(shù) */

int max_thr_num; /* 線程池中最大線程數(shù) */

int live_thr_num; /* 線程池中存活的線程數(shù) */

int busy_thr_num; /* 忙線程，正在工作的線程 */

int wait_exit_thr_num; /* 需要銷毀的線程數(shù) */

/ 任務(wù)隊(duì)列信息 /

int queue_front; /* 隊(duì)頭 */

int queue_rear; /* 隊(duì)尾 */

int queue_size;

/* 存在的任務(wù)數(shù) */

int queue_max_size; /* 隊(duì)列能容納的最大任務(wù)數(shù) */

/ 線程池狀態(tài) /

int shutdown; /* true為關(guān)閉 */

};

/ 創(chuàng)建線程池 /

threadpool_t *

threadpool_create(int min_thr_num, int max_thr_num, int queue_max_size)

{ /* 最小線程數(shù) 最大線程數(shù) 最大任務(wù)數(shù)*/

int i;

threadpool_t *pool = NULL;

do

{

/* 線程池空間開辟 */

if ((pool=(threadpool_t *)malloc(sizeof(threadpool_t))) == NULL)

{

printf("malloc threadpool false; n");

break;

}

/ 信息初始化 /

pool->min_thr_num = min_thr_num;

pool->max_thr_num = max_thr_num;

pool->busy_thr_num = 0;

pool->live_thr_num = min_thr_num;

pool->wait_exit_thr_num = 0;

pool->queue_front = 0;

pool->queue_rear = 0;

pool->queue_size = 0;

pool->queue_max_size = queue_max_size;

pool->shutdown = false;

/* 根據(jù)最大線程數(shù)，給工作線程數(shù)組開空間，清0 */

pool->threads = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t)*max_thr_num);

if (pool->threads == NULL)

{

printf("malloc threads false;n");

break;

}

memset(pool->threads, 0, sizeof(pthread_t)*max_thr_num);

/* 隊(duì)列開空間 */

pool->task_queue =

(threadpool_task_t *)malloc(sizeof(threadpool_task_t)*queue_max_size);

if (pool->task_queue == NULL)

{

printf("malloc task queue false;n");

break;

}

/* 初始化互斥鎖和條件變量 */

if ( pthread_mutex_init(&(pool->lock), NULL) != 0 ||

pthread_mutex_init(&(pool->thread_counter), NULL) !=0 ||

pthread_cond_init(&(pool->queue_not_empty), NULL) !=0 ||

pthread_cond_init(&(pool->queue_not_full), NULL) !=0)

{

printf("init lock or cond false;n");

break;

}

/* 啟動(dòng)min_thr_num個(gè)工作線程 */

for (i=0; i

{

/* pool指向當(dāng)前線程池 threadpool_thread函數(shù)在后面講解 */

pthread_create(&(pool->threads[i]), NULL, threadpool_thread, (void *)pool);

printf("start thread 0x%x... n", (unsigned int)pool->threads[i]);

}

/* 管理者線程 admin_thread函數(shù)在后面講解 */

pthread_create(&(pool->admin_tid), NULL, admin_thread, (void *)pool);

return pool;

} while(0);

/* 釋放pool的空間 */

threadpool_free(pool);

return NULL;

}

二、線程數(shù)組

線程數(shù)組實(shí)際上是在線程池初始化時(shí)開辟的一段存放一堆線程tid的空間，在邏輯上形成一個(gè)池，里面放置著提前創(chuàng)建的線程；這段空間中包含了正在工作的線程，等待工作的線程(空閑線程)，等待被銷毀的線程，申明但沒有初始化的線程空間；

/ 工作線程 /

void *

threadpool_thread(void *threadpool)

{

threadpool_t *pool = (threadpool_t *)threadpool;

threadpool_task_t task;

while (true)

{

pthread_mutex_lock(&(pool->lock));

/* 無任務(wù)則阻塞在 “任務(wù)隊(duì)列不為空” 上，有任務(wù)則跳出 */

while ((pool->queue_size == 0) && (!pool->shutdown))

{

printf("thread 0x%x is waiting n", (unsigned int)pthread_self());

pthread_cond_wait(&(pool->queue_not_empty), &(pool->lock));

/* 判斷是否需要清除線程,自殺功能 */

if (pool->wait_exit_thr_num > 0)

{

pool->wait_exit_thr_num--;

/* 判斷線程池中的線程數(shù)是否大于最小線程數(shù)，是則結(jié)束當(dāng)前線程 */

if (pool->live_thr_num > pool->min_thr_num)

{

printf("thread 0x%x is exiting n", (unsigned int)pthread_self());

pool->live_thr_num--;

pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

pthread_exit(NULL);//結(jié)束線程

}

}

}

/* 線程池開關(guān)狀態(tài) */

if (pool->shutdown) //關(guān)閉線程池

{

pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

printf("thread 0x%x is exiting n", (unsigned int)pthread_self());

pthread_exit(NULL); //線程自己結(jié)束自己

}

//否則該線程可以拿出任務(wù)

task.function = pool->task_queue[pool->queue_front].function; //出隊(duì)操作

task.arg = pool->task_queue[pool->queue_front].arg;

pool->queue_front = (pool->queue_front + 1) % pool->queue_max_size; //環(huán)型結(jié)構(gòu)

pool->queue_size--;

//通知可以添加新任務(wù)

pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_not_full));

//釋放線程鎖

pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

//執(zhí)行剛才取出的任務(wù)

printf("thread 0x%x start working n", (unsigned int)pthread_self());

pthread_mutex_lock(&(pool->thread_counter)); //鎖住忙線程變量

pool->busy_thr_num++;

pthread_mutex_unlock(&(pool->thread_counter));

(*(task.function))(task.arg); //執(zhí)行任務(wù)

//任務(wù)結(jié)束處理

printf("thread 0x%x end working n", (unsigned int)pthread_self());

pthread_mutex_lock(&(pool->thread_counter));

pool->busy_thr_num--;

pthread_mutex_unlock(&(pool->thread_counter));

}

pthread_exit(NULL);

}

三、任務(wù)隊(duì)列

任務(wù)隊(duì)列的存在形式與線程數(shù)組相似；在線程池初始化時(shí)根據(jù)傳入的最大任務(wù)數(shù)開辟空間；當(dāng)服務(wù)器前方后請(qǐng)求到來后，分類并打包消息成為任務(wù)，將任務(wù)放入任務(wù)隊(duì)列并通知空閑線程來取；不同之處在于任務(wù)隊(duì)列有明顯的先后順序，先進(jìn)先出；而線程數(shù)組中的線程則是一個(gè)競(jìng)爭關(guān)系去拿到互斥鎖爭取任務(wù)；

/ 向線程池的任務(wù)隊(duì)列中添加一個(gè)任務(wù) /

int

threadpool_add_task(threadpool_t *pool, void *(*function)(void *arg), void *arg)

{

pthread_mutex_lock(&(pool->lock));

/ 如果隊(duì)列滿了,調(diào)用wait阻塞 /

while ((pool->queue_size == pool->queue_max_size) && (!pool->shutdown))

pthread_cond_wait(&(pool->queue_not_full), &(pool->lock));

/ 如果線程池處于關(guān)閉狀態(tài) /

if (pool->shutdown)

{

pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

return -1;

}

/ 清空工作線程的回調(diào)函數(shù)的參數(shù)arg /

if (pool->task_queue[pool->queue_rear].arg != NULL)

{

free(pool->task_queue[pool->queue_rear].arg);

pool->task_queue[pool->queue_rear].arg = NULL;

}

/ 添加任務(wù)到任務(wù)隊(duì)列 /

pool->task_queue[pool->queue_rear].function = function;

pool->task_queue[pool->queue_rear].arg = arg;

pool->queue_rear = (pool->queue_rear + 1) % pool->queue_max_size; /* 邏輯環(huán) */

pool->queue_size++;

/ 添加完任務(wù)后,隊(duì)列就不為空了,喚醒線程池中的一個(gè)線程 /

pthread_cond_signal(&(pool->queue_not_empty));

pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

return 0;

}

四、管理者線程

作為線程池的管理者，該線程的主要功能包括：檢查線程池內(nèi)線程的存活狀態(tài)，工作狀態(tài)；負(fù)責(zé)根據(jù)服務(wù)器當(dāng)前的請(qǐng)求狀態(tài)去動(dòng)態(tài)的增加或刪除線程，保證線程池中的線程數(shù)量維持在一個(gè)合理高效的平衡上；

說到底，它就是一個(gè)單獨(dú)的線程，定時(shí)的去檢查，根據(jù)我們的一個(gè)維持平衡算法去增刪線程；

/ 管理線程 /

void *

admin_thread(void *threadpool)

{

int i;

threadpool_t *pool = (threadpool_t *)threadpool;

while (!pool->shutdown)

{

printf("admin -----------------n");

sleep(DEFAULT_TIME); / 隔一段時(shí)間再管理 /

pthread_mutex_lock(&(pool->lock)); / 加鎖 /

int queue_size = pool->queue_size; / 任務(wù)數(shù) /

int live_thr_num = pool->live_thr_num; / 存活的線程數(shù) /

pthread_mutex_unlock(&(pool->lock)); / 解鎖 /

pthread_mutex_lock(&(pool->thread_counter));

int busy_thr_num = pool->busy_thr_num; / 忙線程數(shù) /

pthread_mutex_unlock(&(pool->thread_counter));

printf("admin busy live -%d--%d-n", busy_thr_num, live_thr_num);

/ 創(chuàng)建新線程 實(shí)際任務(wù)數(shù)量大于 最小正在等待的任務(wù)數(shù)量，存活線程數(shù)小于最大線程數(shù) /

if (queue_size >= MIN_WAIT_TASK_NUM && live_thr_num <= pool->max_thr_num)

{

printf("admin add-----------n");

pthread_mutex_lock(&(pool->lock));

int add=0;

/ 一次增加 DEFAULT_THREAD_NUM 個(gè)線程 /

for (i=0; imax_thr_num && add

&& pool->live_thr_num < pool->max_thr_num; i++)

{

if (pool->threads[i] == 0 || !is_thread_alive(pool->threads[i]))

{

pthread_create(&(pool->threads[i]), NULL, threadpool_thread, (void *)pool);

add++;

pool->live_thr_num++;

printf("new thread -----------------------n");

}

}

pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

}

/ 銷毀多余的線程 忙線程x2 都小于 存活線程，并且存活的大于最小線程數(shù) /

if ((busy_thr_num*2) < live_thr_num && live_thr_num > pool->min_thr_num)

{

// printf("admin busy --%d--%d----n", busy_thr_num, live_thr_num);

/ 一次銷毀DEFAULT_THREAD_NUM個(gè)線程 /

pthread_mutex_lock(&(pool->lock));

pool->wait_exit_thr_num = DEFAULT_THREAD_NUM;

pthread_mutex_unlock(&(pool->lock));

for (i=0; i

{

//通知正在處于空閑的線程，自殺

pthread_cond_signal(&(pool->queue_not_empty));

printf("admin cler --n");

}

}

}

return NULL;

/ 線程是否存活 /

int

is_thread_alive(pthread_t tid)

{

int kill_rc = pthread_kill(tid, 0); //發(fā)送0號(hào)信號(hào)，測(cè)試是否存活

if (kill_rc == ESRCH) //線程不存在

{

return false;

}

return true;

}

五、釋放

/ 釋放線程池 /

int

threadpool_free(threadpool_t *pool)

{

if (pool == NULL)

return -1;

if (pool->task_queue)

free(pool->task_queue);

if (pool->threads)

{

free(pool->threads);

pthread_mutex_lock(&(pool->lock)); / 先鎖住再銷毀 /

pthread_mutex_destroy(&(pool->lock));

pthread_mutex_lock(&(pool->thread_counter));

pthread_mutex_destroy(&(pool->thread_counter));

pthread_cond_destroy(&(pool->queue_not_empty));

pthread_cond_destroy(&(pool->queue_not_full));

}

free(pool);

pool = NULL;

return 0;

}

/ 銷毀線程池 /

int

threadpool_destroy(threadpool_t *pool)

{

int i;

if (pool == NULL)

{

return -1;

}

pool->shutdown = true;

/ 銷毀管理者線程 /

pthread_join(pool->admin_tid, NULL);

//通知所有線程去自殺(在自己領(lǐng)任務(wù)的過程中)

for (i=0; ilive_thr_num; i++)

{

pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_not_empty));

}

/ 等待線程結(jié)束 先是pthread_exit 然后等待其結(jié)束 /

for (i=0; ilive_thr_num; i++)

{

pthread_join(pool->threads[i], NULL);

}

threadpool_free(pool);

return 0;

}

六、接口

/* 線程池初始化，其管理者線程及工作線程都會(huì)啟動(dòng) */

threadpool_t *thp = threadpool_create(10, 100, 100);

printf("threadpool init ... ... n");

/* 接收到任務(wù)后添加 */

threadpool_add_task(thp, do_work, (void *)p);

// ... ...

/* 銷毀 */

threadpool_destroy(thp)；