当前位置：首页 > news >正文

【C++】线程池实现

news 来源：原创 2025/7/4 5:32:26

一、线程池简介
- 线程池的核心组件
- 实现步骤
二、C++11实现线程池
- 源码
三、线程池源码解析
- 1. 成员变量
- 2. 构造函数
- - 2.1 线程初始化
  - 2.2 工作线程逻辑
- 3. 任务提交(enqueue方法)
- - 3.1 方法签名
  - 3.2 任务封装
  - 3.3 任务入队
- 4. 析构函数
- - 4.1 停机控制
- 5. 关键技术点解析
- - 5.1 完美转发实现
  - 5.2 异常传播机制
  - 5.3 内存管理模型
四、性能特征分析
五、扩展优化方向
六、典型问题排查指南
七、测试用例
- 如果这篇文章对你有所帮助，渴望获得你的一个点赞！

一、线程池简介

线程池是一种并发编程技术，通过预先创建一组线程并复用它们来执行多个任务，避免了频繁创建和销毁线程的开销。它特别适合处理大量短生命周期任务的场景（如服务器请求、并行计算）。

线程池的核心组件

1. 任务队列（Task Queue）
存储待执行的任务（通常是函数对象或可调用对象）。

2. 工作线程（Worker Threads）
一组预先创建的线程，不断从队列中取出任务并执行。

3. 同步机制
互斥锁（Mutex）：保护任务队列的线程安全访问。
条件变量（Condition Variable）：通知线程任务到达或线程池终止。

实现步骤

1. 初始化线程池
创建固定数量的线程，每个线程循环等待任务。

2. 提交任务
将任务包装成函数对象，加入任务队列。

3. 任务执行
工作线程从队列中取出任务并执行。

4. 终止线程池
发送停止信号，等待所有线程完成当前任务后退出。

二、C++11实现线程池

源码

#include <vector>
#include <queue>
#include <future>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <functional>
#include <stdexcept>class ThreadPool 
{
public://构造函数：根据输入的线程数（默认硬件并发数）创建工作线程。//每个工作线程执行一个循环，不断从任务队列中取出并执行任务。//explicit关键字防止隐式类型转换explicit ThreadPool(size_t threads = std::thread::hardware_concurrency()): stop(false) {if (threads == 0) {threads = 1;}for (size_t i = 0; i < threads; ++i) {workers.emplace_back([this] {for (;;) {std::function<void()> task;{std::unique_lock<std::mutex> lock(this->queue_mutex);//等待条件：线程通过条件变量等待任务到来或停止信号。(CPU使用率：休眠时接近0%，仅在任务到来时唤醒)//lambda表达式作为谓词，当条件(停止信号为true 或 任务队列非空)为真时，才会解除阻塞。this->condition.wait(lock, [this] {return (this->stop || !this->tasks.empty());});/* 传统忙等待：while (!(stop || !tasks.empty())) {} // 空循环消耗CPU */if (this->stop && this->tasks.empty()){//如果线程池需要终止且任务队列为空则直接returnreturn;}//任务提取：从队列中取出任务并执行，使用std::move避免拷贝开销。task = std::move(this->tasks.front());this->tasks.pop();}//执行任务task();}});}}//任务提交（enqueue方法）template<class F, class... Args>auto enqueue(F&& f, Args&&... args)-> std::future<typename std::result_of<F(Args...)>::type> {using return_type = typename std::result_of<F(Args...)>::type;//任务封装：使用std::packaged_task包装用户任务，支持异步返回结果。//智能指针管理：shared_ptr确保任务对象的生命周期延续至执行完毕。//完美转发：通过std::forward保持参数的左值/右值特性。auto task = std::make_shared<std::packaged_task<return_type()>>(std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...));std::future<return_type> res = task->get_future();{std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);if (stop){throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");}  tasks.emplace([task]() { (*task)(); });/* push传入的对象需要事先构造好，再复制过去插入容器中；而emplace则可以自己使用构造函数所需的参数构造出对象，并直接插入容器中。emplace相比于push省去了复制的步骤，则使用emplace会更加节省内存。*/}condition.notify_one();return res;}~ThreadPool() {//设置stop标志，唤醒所有线程，等待任务队列清空。{std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);stop = true;}condition.notify_all();for (std::thread& worker : workers){worker.join();}}private:std::vector<std::thread> workers;        //存储工作线程对象std::queue<std::function<void()>> tasks; //任务队列，存储待执行的任务std::mutex queue_mutex;                  //保护任务队列的互斥锁std::condition_variable condition;       //线程间同步的条件变量bool stop;                               //线程池是否停止标志
};

三、线程池源码解析

1. 成员变量

std::vector<std::thread> workers;        // 工作线程容器
std::queue<std::function<void()>> tasks; // 任务队列
std::mutex queue_mutex;                  // 队列互斥锁
std::condition_variable condition;       // 条件变量
bool stop;                               // 停机标志

设计要点:

采用生产者-消费者模式，任务队列作为共享资源
组合使用mutex+condition_variable实现线程同步
vector存储线程对象便于统一管理生命周期

2. 构造函数

2.1 线程初始化

explicit ThreadPool(size_t threads = std::thread::hardware_concurrency()): stop(false)
{if (threads == 0) {threads = 1;}for (size_t i = 0; i < threads; ++i) {workers.emplace_back([this] { /* 工作线程逻辑 */ });}
}

设计要点:

explicit防止隐式类型转换（如ThreadPool pool = 4;）
默认使用硬件并发线程数（通过hardware_concurrency()）
最少创建1个线程避免空池
使用emplace_back直接构造线程对象

2.2 工作线程逻辑

for (;;)
{std::function<void()> task;{std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);condition.wait(lock, [this] {return stop || !tasks.empty();});if (stop && tasks.empty()) {return; }task = std::move(tasks.front());tasks.pop();}task();
}

核心机制:

unique_lock配合条件变量实现自动锁管理
双重状态检查（停机标志+队列非空）
任务提取使用移动语义避免拷贝
任务执行在锁作用域外进行

3. 任务提交(enqueue方法)

3.1 方法签名

template<class F, class... Args>
auto enqueue(F&& f, Args&&... args)-> std::future<typename std::result_of<F(Args...)>::type>

类型推导:

使用尾置返回类型声明
std::result_of推导可调用对象的返回类型
完美转发参数（F&&+Args&&...）

3.2 任务封装

auto task = std::make_shared<std::packaged_task<return_type()>>(std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...));

封装策略:

packaged_task包装任务用于异步获取结果
shared_ptr管理任务对象生命周期
std::bind绑定参数（注意C++11的参数转发限制）

3.3 任务入队

tasks.emplace([task]() { (*task)(); });

优化点:

使用emplace直接构造队列元素
Lambda捕获shared_ptr保持任务有效性
显式解引用执行packaged_task

4. 析构函数

4.1 停机控制

~ThreadPool() 
{{std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);stop = true;}condition.notify_all();for (auto& worker : workers){worker.join();}  
}

停机协议:

设置停机标志原子操作
广播唤醒所有等待线程
等待所有工作线程退出

5. 关键技术点解析

5.1 完美转发实现

std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...)

保持参数的左右值特性
支持移动语义参数的传递
C++11的限制：无法完美转发所有参数类型

5.2 异常传播机制

任务异常通过future对象传播
packaged_task自动捕获异常
用户通过future.get()获取异常

5.3 内存管理模型

         [任务提交者]|v[packaged_task] <---- shared_ptr ---- [任务队列]|v[future]

三重生命周期保障：
1. 提交者持有future
2. 队列持有任务包装器
3. 工作线程执行任务

四、性能特征分析

1. 时间复杂度

操作	时间复杂度
任务提交(enqueue)	O(1)（加锁开销）
任务提取	O(1)
线程唤醒	取决于系统调度

2. 空间复杂度

组件	空间占用
线程栈	每线程MB级
任务队列	与任务数成正比
同步原语	固定大小

五、扩展优化方向

1. 任务窃取（Work Stealing）

实现多个任务队列
空闲线程从其他队列窃取任务

2. 动态线程池

void adjust_workers(size_t new_size) 
{if (new_size > workers.size()) {// 扩容逻辑} else {// 缩容逻辑}
}

3. 优先级队列

using Task = std::pair<int, std::function<void()>>; // 优先级+任务std::priority_queue<Task> tasks;

4. 无锁队列

moodycamel::ConcurrentQueue<std::function<void()>> tasks;

六、典型问题排查指南

现象	可能原因	解决方案
任务未执行	线程池提前析构	延长线程池生命周期
`future.get()`永久阻塞	任务未提交/异常未处理	检查任务提交路径
CPU利用率100%	忙等待或锁竞争	优化任务粒度/使用无锁结构
内存持续增长	任务对象未正确释放	检查智能指针使用

该实现完整展现了现代C++线程池的核心设计范式，开发者可根据具体需求在此基础进行功能扩展和性能优化。理解这个代码结构是掌握更高级并发模式的基础。

七、测试用例

使用实例（C++11兼容）：

#include <iostream>int main() 
{ThreadPool pool(4);// 提交普通函数auto future1 = pool.enqueue([](int a, int b) {return a + b;}, 2, 3);// 提交成员函数struct Calculator {int multiply(int a, int b) { return a * b; }} calc;auto future2 = pool.enqueue(std::bind(&Calculator::multiply, &calc, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2), 4, 5);// 异常处理示例auto future3 = pool.enqueue([]() -> int {throw std::runtime_error("example error");return 1;});std::cout << "2+3=" << future1.get() << std::endl;std::cout << "4*5=" << future2.get() << std::endl;try {future3.get();} catch(const std::exception& e){std::cout << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}

如果这篇文章对你有所帮助，渴望获得你的一个点赞！

在这里插入图片描述

【C++】线程池实现

目录一、线程池简介线程池的核心组件实现步骤二、C11实现线程池源码三、线程池源码解析1. 成员变量2. 构造函数2.1 线程初始化2.2 工作线程逻辑 3. 任务提交(enqueue方法)3.1 方法签名3.2 任务封装3.3 任务入队 4. 析构函数4.1 停机控制 5. 关键技术点解析5.1 完美转发实现5…...

编程日记 2025/7/4 5:32:26

大模型领域的Scaling Law的含义及作用

Scaling Law就像是一个“长大公式”，用来预测当一个东西（比如模型）变大（比如增加参数、数据量）时，它的性能（比如准确率）会怎么变化。它能帮助我们提前知道，增加多少资源…...

编程日记 2025/7/4 1:11:41

用FormLinker实现自动调整数据格式，批量导入微软表单

每天早上打开Excel时，你是否也经历过这样的噩梦？ 熬夜调整好的问卷格式，导入微软表单后全乱套客户发来的PDF反馈表，手动录入3小时才完成10% 200道题库要转为在线测试，复制粘贴到手指抽筋微软官方数据显示&#xf…...

编程日记 2025/7/4 5:23:57

C#，shell32 + 调用控制面板项（.Cpl）实现“新建快捷方式对话框”（全网首发）

Made By 于子轩，2025.2.2 不管是使用System.IO命名空间下的File类来创建快捷方式文件，或是使用Windows Script Host对象创建快捷方式，亦或是使用Shell32对象创建快捷方式，都对用户很不友好，今天小编为大家带来一种全新…...

编程日记 2025/7/4 5:28:35

[Problem Discription] \color{blue}{\texttt{[Problem Discription]}} [Problem Discription] 给定长度为 n n n 的数组 A 1 ⋯ n A_{1 \cdots n} A1⋯n，求 ∑ a 1 n ∑ b a 1 n ∑ c b 1 n ∑ d c 1 n ∑ e d 1 n ∑ f e 1 n ∑ g f 1 n ( gcd …...

编程日记 2025/7/4 5:19:15

Android学习制作app（ESP8266-01S连接-简单制作）

一、理论部分理论见arduino学习-CSDN博客和Android Studio安装配置_android studio gradle 配置-CSDN博客以下直接上代码和效果视频，esp01S的收发硬件代码目前没有分享，但是可以通过另一个手机网络调试助手进行模拟。也可以直接根据我的代码进行改动…...

编程日记 2025/7/4 5:32:25

一文读懂 RAG：LLM 借助检索打开思路

一、引言在自然语言处理（NLP）领域，随着深度学习技术的飞速发展，大型语言模型（LLMs）展现出了强大的语言理解和生成能力。然而，LLMs也存在一些局限性，如容易产生幻觉、知识更新不及时…...

编程日记 2025/7/3 19:44:49

使用istio实现权重路由

istio概述 **概述：**Istio 是一个开源的服务网格（Service Mesh）解决方案，主要用于管理、保护和监控微服务架构中的服务通信。它为微服务提供了基础设施层的控制功能，不需要更改应用程序的代码，从而解决服…...

编程日记 2025/6/30 12:31:33

DeepSeek发布新模型，遭遇大规模攻击，梁文锋回应证实为假，吴恩达盛赞DeepSeek！AI Weekly 1.27-2.2

📢本周AI快讯 | 1分钟速览🚀 1️⃣ 🖼️Janus-Pro-7B：DeepSeek发布7B开源多模态模型，视觉理解&生成能力超越DALL-E 3！ 2️⃣ 🚨DeepSeek遭遇大规模攻击：DDoS暴力破解&#xff…...

编程日记 2025/7/4 5:20:56

20250202在Ubuntu22.04下使用Guvcview录像的时候降噪

20250202在Ubuntu22.04下使用Guvcview录像的时候降噪 2025/2/2 21:25 声卡：笔记本电脑的摄像头自带的【USB接口的】麦克风。没有外接3.5mm接口的耳机。缘起：在安装Ubuntu18.04/20.04系统的笔记本电脑中直接使用Guvcview录像的时候底噪很大！ …...

编程日记 2025/7/4 4:49:39

直方图：摄影中的视觉数据指南

目录一、直方图基础：揭开它的神秘面纱二、解读直方图类型：亮度与色彩的密码 （一）亮度直方图 （二）RGB 直方图三、拍摄中巧用直方图：优化曝光与效果 （一）精准判断曝…...

编程日记 2025/7/4 5:07:42

OpenGL学习笔记（七）：Camera 摄像机（视图变换、LookAt矩阵、Camera类的实现）

文章目录摄像机/观察空间/视图变换LookAt矩阵移动相机（处理键盘输入）移动速度欧拉角移动视角（处理鼠标输入）缩放场景（处理滚轮输入）Camera类摄像机/观察空间/视图变换在上一节变换中，我们讨…...

编程日记 2025/6/28 3:43:55

冲刺一区！挑战7天完成一篇趋势性分析GBD DAY1-7

Day1. 公开数据库的挖掘太火热了,其中GBD数据库的挖掘又十分的火爆.那我就来挑战一篇GBD、一篇关于趋势性分析的GBD！ GBD数据库挖掘是目前的四大刊常客，经常出现在顶级期刊上面。这个数据库亮点就是：可视化，统计学简单、而数据可…...

编程日记 2025/7/3 23:07:57

解锁数据结构密码：层次树与自引用树的设计艺术与API实践

1. 引言：为什么选择层次树和自引用树？ 数据结构是编程中的基石之一，尤其是在处理复杂关系和层次化数据时，树形结构常常是最佳选择。层次树（Hierarchical Tree）和自引用树（Self-referencing Tree…...

编程日记 2025/7/4 5:20:14

【AudioClassificationModelZoo-Pytorch】基于Pytorch的声音事件检测分类系统

源码：https://github.com/Shybert-AI/AudioClassificationModelZoo-Pytorch 模型测试表模型网络结构batch_sizeFLOPs(G)Params(M)特征提取方式数据集类别数量模型验证集性能EcapaTdnn1280.486.1melUrbanSound8K10accuracy0.974, precision0.972 recall0.967, F1-s…...

编程日记 2025/7/3 6:55:41

ARM嵌入式学习--第十二天（WDOG，RTC）

--WDOG -介绍 WatchDog是为了能够防止程序跑飞而使用的一种硬件模块，如果你的程序没有跑飞，那么你的程序会定时的去喂看门狗；如果你的程序跑飞了，那么就不会再去喂狗了，如果超过了喂狗时间，那么狗就会自己…...

编程日记 2025/7/3 18:00:54

自动化构建-make/Makefile 【Linux基础开发工具】

文章目录一、背景二、Makefile编译过程三、变量四、变量赋值1、""是最普通的等号2、“:” 表示直接赋值3、“?” 表示如果该变量没有被赋值，4、""和写代码是一样的， 五、预定义变量六、函数**通配符** 七、伪目标 .PHONY八、其他常…...

编程日记 2025/7/3 13:51:59

三天急速通关JavaWeb基础知识：Day 2 前端基础知识（计划有变，前端工程化部分暂时搁置）

三天急速通关JavaWeb基础知识：Day 2 前端基础知识 0 文章说明1 HTML1.1 介绍1.2 基本结构及语法1.3 常见标签2 CSS2.1 介绍2.2 引入方式2.3 选择器2.4 浮动定位盒子模型 3 JavaScript3.1 介绍3.2 组成3.3 基础语法 4 Ajax4.1 介绍4.2 示例未完待续，前…...

编程日记 2025/7/4 5:20:55

Chapter2 Amplifiers, Source followers Cascodes

Chapter2 Amplifiers, Source followers & Cascodes MOS单管根据输入输出, 可分为CS放大器, source follower和cascode 三种结构. Single-transistor amplifiers 这一章学习模拟电路基本单元-单管放大器单管运放由Common-Source加上DC电流源组成. Avgm*Rds, gm和rds和…...

编程日记 2025/7/4 5:16:23

14-9-3C++STL的set容器

set容器的pair对组——set容器set.equal range(elem) 1.返回容器中与elem相等的上下限的两个迭代器；上限是闭区间，下限是开区间，如[beg, end) 2.函数返回两个迭代器，而这两个迭代器被封装在pair中 pair< set<int>::ite…...

编程日记 2025/7/4 3:08:10

用Impala对存储在HDFS中的大规模数据集进行快速、实时的交互式SQL查询的具体步骤和关键代码

AWS EMR（Elastic MapReduce）中应用Impala的典型案例，主要体现在大型企业和数据密集型组织如何利用Impala对存储在Hadoop分布式文件系统（HDFS）中的大规模数据集进行快速、实时的交互式SQL查询。以下是一个具体的案例说明…...

编程日记 2025/7/4 2:31:13

如何确认Linux嵌入式系统的触摸屏对应的是哪个设备文件(/dev/input/event1)？如何查看系统中所有的输入设备？输入设备的设备文件有什么特点？

Linux嵌入式系统的输入设备的设备文件有什么特点？ 在 Linux 中，所有的输入设备（如键盘、鼠标、触摸屏等）都会被内核识别为输入事件设备，并在 /dev/input/ 目录下创建相应的设备文件，通常是： …...

编程日记 2025/7/4 3:51:48

C++泛型编程指南08 auto decltype

文章目录 [TOC]第3章：auto占位符（C11～C17）3.1 auto关键字的重新定义3.2 类型推导规则 3.3 何时使用auto3.4 返回类型推导3.5 在Lambda表达式中使用auto3.6 非类型模板参数占位符总结第4章 decltype说明符（C11&#xf…...

编程日记 2025/7/4 2:35:24

php的使用及 phpstorm环境部署

php语法环境搭建：在小皮中新建网站，注意先填写域名再点击选择根目录。成功创建网站后，打开发现forbidden，因为新建的网站里是空的，需要新建index.php文件----> 在Phpstorm中左上角打开文件，打开那个文…...

编程日记 2025/7/4 4:01:45

人工智能学习（五）之机器学习逻辑回归算法

深入剖析机器学习逻辑回归算法一、引言在机器学习领域，逻辑回归是一种极为经典且应用广泛的算法。虽说名字里带有 “回归”，但它主要用于解决分类问题，在医学、金融、互联网等多个领域都发挥着关键作用。例如，在医学上辅助判断…...

编程日记 2025/7/3 19:23:38

Kubernetes学习之包管理工具（Helm）

一、基础知识 1.如果我们需要开发微服务架构的应用，组成应用的服务可能很多，使用原始的组织和管理方式就会非常臃肿和繁琐以及较难管理，此时我们需要一个更高层次的工具将这些配置组织起来。 2.helm架构： chart:一个应用的信息集合…...

编程日记 2025/7/4 2:48:12

数据结构课程设计（四）校园导航

4 校园导航 4.1 需求规格说明【问题描述】一个学校平面图，至少包括10个以上的场所，每个场所带有编号、坐标、名称、类别等信息，两个场所间可以有路径相通，路长（耗时）各有不同。要求读取该校园平面图&a…...

编程日记 2025/7/4 4:06:59

(done) MIT6.S081 2023 学习笔记 (Day7: LAB6 Multithreading)

网页：https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2023/labs/thread.html (任务1教会了你如何用 C 语言调用汇编，编译后链接即可) 任务1：Uthread: switching between threads (完成) 在这个练习中，你将设计一个用户级线程系统中的上下文切…...

编程日记 2025/7/4 5:12:14

大年初六，风很大

北京的风在立春附近的几天突然大了，正在盘算着这个冬天可能就这样平庸的去了，没成想风来了。走在风中，穿着本应该是三九天穿的冬装，紧闭着嘴，缩着身子，感受着这冬天该有的低温。这是冬天该有的样子&#xf…...

编程日记 2025/7/3 21:31:25

【算法】回溯算法专题③ ——排列型回溯 python

目录前置小试牛刀回归经典举一反三总结前置【算法】回溯算法专题① ——子集型回溯 python 【算法】回溯算法专题② ——组合型回溯剪枝 python 小试牛刀全排列 https://leetcode.cn/problems/permutations/description/ 给定一个不含重复数字的数组 nums ，返…...

编程日记 2025/7/4 3:51:51

利用deepseek参与软件测试基本架构如何又该在什么环节接入deepseek

利用DeepSeek参与软件测试，可以考虑以下基本架构和接入环节： ### 基本架构 - **数据层** - **测试数据存储**：用于存放各种测试数据，包括正常输入数据、边界值数据、异常数据等，这些数据可以作为DeepSeek的输入&…...

编程日记 2025/7/4 3:07:34

99.20 金融难点通俗解释：中药配方比喻马科维茨资产组合模型(MPT)

目录 0. 承前1. 核心知识点拆解2. 中药搭配比喻方案分析2.1 比喻的合理性 3. 通俗易懂的解释3.1 以中药房为例3.2 配方原理 4. 实际应用举例4.1 基础配方示例4.2 效果说明 5. 注意事项5.1 个性化配置5.2 定期调整 6. 总结7. 代码实现 0. 承前本文主旨： 本文通过中…...

编程日记 2025/7/4 2:56:08

为AI聊天工具添加一个知识系统之79 详细设计之20 正则表达式之7

本文要点要点 “正则表达式” 本来是计算机科学计算机科学的一个概念。本项目将它推广（扩张）到认知科学的“认知范畴”概念， 聚合（收敛）到神经科学的“神经元”概念。做法是：用reg 来系统化定义认知…...

编程日记 2025/7/4 5:28:36

[ Spring ] Spring Boot Mybatis++ 2025

文章目录 StructureMyBatis Controller AbilitiesConfigure Plugins and RepositoriesApply Plugins and Add DependenciesMyBatis Spring PropertiesMyBatis ApplicationMyBatis BeansMyBatis MapperMyBatis Query Builder Structure this blog introduce 3 ways using mybat…...

编程日记 2025/7/2 14:40:42

目录