一个简单的线程池设计方案

        一个简单的线程池本质上是生产者-消费者模型，一般是线程池负责消费任务，任务分配线程负责生产任务，任务可以由队列、链表或全局变量等数据结构承担。如果生产和消费速度差不多，可以采用环形队列结构；如果任务有优先级别，也可采用多个队列分别存放不同优先级别的任务。线程池的同步一般采用互斥锁和条件变量模式。如果为了追求效率，也可使用无锁队列结构。

实例代码如下：TaskPool.h

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

class Task
{
public:
    virtual void doIt()
    {
        std::cout << "handle a task..." << std::endl;
    }

    virtual ~Task()
    {
        //为了看到一个task的销毁，这里刻意补上其析构函数
        std::cout << "a task destructed..." << std::endl;
    }
};

class TaskPool final
{
public:
    TaskPool();
    ~TaskPool();
    TaskPool(const TaskPool& rhs) = delete;
    TaskPool& operator=(const TaskPool& rhs) = delete;

public:
    void init(int threadNum = 5);
    void stop();

    void addTask(Task* task);
    void removeAllTasks();

private:
    void threadFunc();

private:
    std::list>            m_taskList;
    std::mutex                                  m_mutexList;
    std::condition_variable                     m_cv;
    bool                                        m_bRunning;
    std::vector>   m_threads;
};

TaskPool.cpp

#include "TaskPool.h"

TaskPool::TaskPool() : m_bRunning(false)
{

}

TaskPool::~TaskPool()
{
    removeAllTasks();
}

void TaskPool::init(int threadNum/* = 5*/)
{
    if (threadNum <= 0)
        threadNum = 5;

    m_bRunning = true;

    for (int i = 0; i < threadNum; ++i)
    {
        std::shared_ptr spThread;
        spThread.reset(new std::thread(std::bind(&TaskPool::threadFunc, this)));
        m_threads.push_back(spThread);
    }
}

void TaskPool::threadFunc()
{
    std::shared_ptr spTask;
    while (true)
    {
        std::unique_lock guard(m_mutexList);
        while (m_taskList.empty())
        {                 
            if (!m_bRunning)
                break;
            
            //如果获得了互斥锁，但是条件不满足的话，m_cv.wait()调用会释放锁，且挂起当前
            //线程，因此不往下执行。
            //当发生变化后，条件满足，m_cv.wait() 将唤醒挂起的线程，且获得锁。
            m_cv.wait(guard);
        }

        if (!m_bRunning)
            break;

        spTask = m_taskList.front();
        m_taskList.pop_front();

        if (spTask == NULL)
            continue;

        spTask->doIt();
        spTask.reset();
    }

    std::cout << "exit thread, threadID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}

void TaskPool::stop()
{
    m_bRunning = false;
    m_cv.notify_all();

    //等待所有线程退出
    for (auto& iter : m_threads)
    {
        if (iter->joinable())
            iter->join();
    }
}

void TaskPool::addTask(Task* task)
{
    std::shared_ptr spTask;
    spTask.reset(task);

    {
        std::lock_guard guard(m_mutexList);             
        m_taskList.push_back(spTask);
        std::cout << "add a Task." << std::endl;
    }
    
    m_cv.notify_one();
}

void TaskPool::removeAllTasks()
{
    {
        std::lock_guard guard(m_mutexList);
        for (auto& iter : m_taskList)
        {
            iter.reset();
        }
        m_taskList.clear();
    }
}

上述代码封装了一个简单的任务队列模型，我们可以这么使用这个 TaskPool 对象：

#include "TaskPool.h"
#include 

int main()
{
    TaskPool threadPool;
    threadPool.init();

    Task* task = NULL;
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        task = new Task();
        threadPool.addTask(task);
    }
    
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));

    threadPool.stop();

    return 0;
}

演示结果如下：

注：由于退出线程的输出提示不是原子的，多个线程并行执行，因此上图中这部分的输出出现了”错乱“。