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【Linux】线程池详解及基本实现

news 来源：原创 2025/8/25 11:39:28

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📢本文由 JohnKi 原创，首发于 CSDN🙉
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文章目录

  • 📢前言
  • 🏳️‍🌈一、什么是线程池
  • 🏳️‍🌈二、线程池逻辑框架
  • 🏳️‍🌈三、核心接口说明
    • 3.1 构造函数 ThreadPool(int num)
    • 3.2 任务提交 Equeue(T &&in)
    • 3.3 启动线程池 Start()
    • 3.4 停止线程池 Stop()
    • 3.5 等待线程结束 Wait()
    • 3.6 线程主逻辑 HandlerTask(std::string name)
  • 🏳️‍🌈四、整体代码
  • 👥总结

📢前言

上文中，笔者带领大家实现了 日志类，现在我们已经将 线程、锁、条件、日志这些线程池中都会用到的基本类都模拟实现过一遍了。

线程池 是 一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。

现在我们将这些结合起来，深度了解一下线程池，并模拟实现一下

🏳️‍🌈一、什么是线程池

线程池的意义
提高线程复用率，避免频繁创建/销毁线程的开销
统一管理任务调度，提升系统稳定性

线程池的应用场景:

  • 需要大量的线程来完成任务，且完成任务的时间比较短。比如WEB服务器完成网页请求这样的任务，使用线程池技术是非常合适的。因为单个任务小，而任务数量巨大，你可以想象一个热门网站的点击次数。但对于长时间的任务，比如一个Telnet连接请求，线程池的优点就不明显了。因为Telnet会话时间比线程的创建时间大多了。
  • 对性能要求苛刻的应用，比如要求服务器迅速响应客户请求。
  • 接受突发性的大量请求，但不至于使服务器因此产生大量线程的应用。突发性大量客户请求，在没有线程池情况下，将产生大量线程，虽然理论上大部分操作系统线程数目最大值不是问题，短时间内产生大量线程可能使内存到达极限，出现错误.

线程池的种类
创建固定数量线程池，循环从任务队列中获取任务对象，获取到任务对象后，执行任务对象中

  1. 的任务接口
  2. 浮动线程池，其他同上

此处，我们选择固定线程个数的线程池。

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🏳️‍🌈二、线程池逻辑框架

整体架构
这是一个 ​通用线程池模板类，基于 ​生产者-消费者模型，实现多线程任务的异步调度与执行。核心组件包括：

  • ​任务队列：存储待处理任务，支持线程安全操作。
  • ​工作线程组：从队列中获取任务并执行。
  • ​同步机制：互斥锁（Mutex）与条件变量（Cond）确保线程安全。
namespace ThreadPoolModule {
using namespace LogModule;
using namespace ThreadModule;
using namespace LockModule;
using namespace CondModule;using thread_t = std::shared_ptr<Thread>;
const static int defaultnum = 5;template <typename T> class ThreadPool {
private:// 判断线程池是否为空bool IsEmpty() { return _taskq.empty(); }// 工作线程的主循环逻辑void HandlerTask(std::string name);public:ThreadPool(int num = defaultnum): _num(num), _wait_num(0), _isrunning(false);void Equeue(T&& in); // 任务入队void Start();        // 启动线程池void Wait();         // 等待线程池结束void Stop();         // 停止线程池~ThreadPool();       // 析构函数private:std::vector<thread_t> _threads;int _num;int _wait_num;std::queue<T> _taskq; // 临界资源Mutex _lock;Cond _cond;bool _isrunning;
};
} // namespace ThreadPoolModule

成员变量解析
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🏳️‍🌈三、核心接口说明

3.1 构造函数 ThreadPool(int num)

功能：初始化线程池，创建工作线程对象（未启动）。
​流程：

  • 设置线程数量 _num。
  • 循环创建 num 个线程对象，绑定到 HandlerTask 方法。
  • 记录日志（如 构建线程Thread-1对象 … 成功）。
ThreadPool(int num = defaultnum): _numThreads(num), _wait_nums(0), _isrunning(false) {for (int i = 0; i < _numThreads; ++i) {_threads.push_back(std::make_shared<Thread>(std::bind(&ThreadPool::HandlerTask, this, std::placeholders::_1)));LOG(LogLevel::INFO)<< "构建线程" << _threads.back()->Name() << "对象...成功";}
}

3.2 任务提交 Equeue(T &&in)

​功能：向任务队列添加新任务。
​参数：T &&in（右值引用，支持移动语义优化性能）。
​流程：

  1. 加锁检查线程池是否运行（if (!_isrunning) return;）。
  2. 将任务推入队列（_taskq.push(std::move(in))）。
  3. 若有等待线程（_wait_num > 0），唤醒一个线程（_cond.Notify()）。
// 任务入队
void Equeue(T&& in) {LockGuard lock(_mutex);if (!_isrunning)_taskq.push(std::move(in)); // 将任务对象 in ​高效地添加到任务队列 _taskqif (_wait_nums > 0)_cond.Notify();
}

3.3 启动线程池 Start()

​功能：启动所有工作线程。
​流程：

  1. 检查是否已运行（避免重复启动）。
  2. 设置 _isrunning = true。
  3. 遍历线程对象，调用 Start() 启动线程，记录日志。
// 启动所有线程池
void Start() {if (_isrunning)return;_isrunning = true;for (auto& thread_ptr : _threads) {LOG(LogLevel::INFO) << "启动线程" << thread_ptr->Name() << "...成功";thread_ptr->Start();}
}

3.4 停止线程池 Stop()

​功能：停止接收新任务，唤醒所有线程处理剩余任务后退出。
​流程：

  1. 加锁设置 _isrunning = false。
  2. 若有等待线程（_wait_num > 0），唤醒所有线程（_cond.NotifyAll()）。
// 通知所有线程退出。
void Stop() {LockGuard lock(_mutex);if (_isrunning) {_isrunning = false;if (_wait_nums > 0)_cond.NotifyAll();}
}

3.5 等待线程结束 Wait()

​功能：阻塞等待所有工作线程完成任务并退出。
​流程：

  • 遍历线程对象，调用 Join() 等待线程结束，记录日志。
// 阻塞等待所有工作线程退出
void Wait() {for (auto& thread_ptr : _threads) {thread_ptr->Join();LOG(LogLevel::INFO) << "回收线程" << thread_ptr->Name() << "...成功";}
}

3.6 线程主逻辑 HandlerTask(std::string name)

​功能：工作线程的核心循环逻辑。
​流程：

  1. 循环获取任务：
  • 加锁检查任务队列是否为空且线程池运行中。
  • 若队列空且运行中，线程进入等待（_cond.Wait(_lock)）。
  • 若队列空且线程池已停止，退出循环。
  • 取出队列头部任务（t = _taskq.front(); _taskq.pop();）。
  1. 执行任务（t(name)，要求任务类型 T 实现 operator()）。
  2. 线程退出时记录日志。
// 工作线程的主循环逻辑
void HandlerTask(std::string name) {LOG(LogLevel::INFO) << "线程：" << name << "，进入HandlerTask的逻辑";while (true) {T t;{LockGuard lock(_mutex);while (IsEmpty() && _isrunning) {_wait_nums++;_cond.Wait(_mutex);_wait_nums--;}// 任务队列为空 && 线程池退出了if (IsEmpty() && !_isrunning)break;// 取出任务t = _taskq.front();_taskq.pop();}// 模拟处理任务t(name);}LOG(LogLevel::INFO) << "线程：" << name << "，退出";
}

🏳️‍🌈四、整体代码

这下面是 ThreadPool.hpp 部分的代码，有需要其他部分的代码，可以去笔者的仓库中获取

https://gitee.com/JohnKingW/linux_test/tree/master/lesson/CSDN_code/7.ThreadPool
在这里插入图片描述

#pragma once#include <queue>#include "Log.hpp"
#include "Mutex.hpp"
#include "Cond.hpp"
#include "Thread.hpp"namespace ThreadPoolModule{using namespace LogModule;using namespace ThreadModule;using namespace LockModule;using namespace CondModule;using thread_t = std::shared_ptr<Thread>; const static int defaultnum = 5;template <typename T>class ThreadPool{public:// 构造函数ThreadPool(int num = defaultnum): _numThreads(num),_wait_nums(0),_isrunning(false){for(int i = 0; i < _numThreads; ++i){_threads.push_back(std::make_shared<Thread>(std::bind(&ThreadPool::HandlerTask, this, std::placeholders::_1)));LOG(LogLevel::INFO) << "构建线程" << _threads.back()->Name() << "对象...成功";}}// 任务入队void Equeue(T&& in){LockGuard lock(_mutex);if(!_isrunning)_taskq.push(std::move(in)); // 将任务对象 in ​高效地添加到任务队列 _taskqif(_wait_nums > 0)_cond.Notify();}// 启动所有线程池void Start(){if(_isrunning) return;_isrunning = true;for(auto& thread_ptr : _threads){LOG(LogLevel::INFO) << "启动线程" << thread_ptr->Name() << "...成功";thread_ptr->Start();}}// 阻塞等待所有工作线程退出void Wait(){for(auto& thread_ptr : _threads){thread_ptr->Join();LOG(LogLevel::INFO) << "回收线程" << thread_ptr->Name() << "...成功";}}// 通知所有线程退出。void Stop(){LockGuard lock(_mutex);if(_isrunning){_isrunning = false;if(_wait_nums>0)_cond.NotifyAll();}}// 析构函数~ThreadPool(){}private:// 判断线程池是否为空bool IsEmpty() { return _taskq.empty(); }// 工作线程的主循环逻辑void HandlerTask(std::string name){LOG(LogLevel::INFO) << "线程：" << name << "，进入HandlerTask的逻辑";while(true){T t;{LockGuard lock(_mutex);while(IsEmpty() && _isrunning){_wait_nums++;_cond.Wait(_mutex);_wait_nums--;}// 任务队列为空 && 线程池退出了if(IsEmpty() && !_isrunning)break;// 取出任务t = _taskq.front();_taskq.pop();}// 模拟处理任务t(name);}LOG(LogLevel::INFO) << "线程：" << name << "，退出";}private:std::vector<thread_t> _threads;     // 线程池int _numThreads;                   // 线程池中线程的数量int _wait_nums;                    // 等待线程的数量std::queue<T> _taskq;              // 临界资源，生产者资源剩余量Mutex _mutex;                      // 互斥锁Cond _cond;                        // 条件变量bool _isrunning;                   // 线程池是否正在运行};
}

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👥总结

本篇博文对 【Linux】线程池详解及基本实现 做了一个较为详细的介绍，不知道对你有没有帮助呢

觉得博主写得还不错的三连支持下吧！会继续努力的~

请添加图片描述

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编程日记 2025/8/23 7:15:01

PowerBI窗口函数与视觉计算

文章目录 一、 窗口函数1.1 OFFSET&#xff08;动态查询、求连续值&#xff09;1.1.1 不使用orderBy1.1.2 使用orderBy1.1.3 统计连续值的最大出现次数&#xff08;待补&#xff09; 1.2 INDEX&#xff08;静态查询&#xff09;1.3 WINDOW&#xff08;滚动求和、累计求和、帕累…...

编程日记 2025/8/22 17:51:23

代码随想录算法训练营Day22

回溯知识 力扣77.组合【medium】 一、回溯知识 1、定义 回溯法也可以叫做回溯搜索法&#xff0c;它是一种搜索的方式。回溯是递归的副产品&#xff0c;只要有递归就会有回溯。 2、回溯法的效率 回溯的本质是穷举&#xff0c;穷举所有可能&#xff0c;然后选出我们想要的答案…...

编程日记 2025/8/19 20:04:22

几种常见的HTTP方法之GET和POST

如大家所了解的&#xff0c;每条 HTTP 请求报文都必须包含一个请求方法&#xff0c;这个方法会告诉服务器要执行什么操作&#xff08;例如获取一个 Web 页面、运行一个网关程序、删除一个文件等&#xff09;。常见的几种 HTTP 方法如下&#xff1a; GET&#xff1a; 请求指定的…...

编程日记 2025/8/24 19:44:05

Nginx之https重定向为http

为了将Nginx中443端口的请求重定向到80端口&#xff0c;你可以按照以下步骤进行操作&#xff1a; ‌确认Nginx已经正确安装并运行‌&#xff1a; 确保Nginx服务已经在你的系统上安装并运行。你可以通过运行以下命令来检查Nginx的状态&#xff08;具体命令可能因操作系统而异&a…...

编程日记 2025/8/22 23:42:05

落地DevOps文化：运维变革的正确打开方式

落地DevOps文化：运维变革的正确打开方式 DevOps，这个近年来被谈论得沸沸扬扬的概念，是企业数字化转型的一把钥匙。然而，很多公司虽然喊着“要上DevOps”，却苦于如何真正落地。而DevOps不仅仅是技术工具的堆砌，更是一种文化的重塑。从我的经历来看，DevOps实施的核心在于…...

编程日记 2025/8/22 18:26:51

《C++后端开发最全面试题-从入门到Offer》目录

当今科技行业对C++开发者的需求持续高涨，从金融科技到游戏开发，从嵌入式系统到高性能计算，C++凭借其卓越的性能和灵活性始终占据着关键地位。然而，成为一名优秀的C++工程师并非易事，不仅需要扎实的语言基础，还要掌握现代C++特性、设计模式、性能优化技巧以及各种工业级开…...

编程日记 2025/8/25 8:52:51

24统计建模国奖论文写作框架2（机器学习+自然语言处理类）（附原文《高校负面舆情成因与演化路径研究》）

一、引言 研究背景及意义 文献综述 研究内容与创新点 二、高校负面舆情热点现状分析 案例数据的获取与处理 高效负面舆情热点词频分析 高效负面舆情热点变化趋势分析 三、高校负面舆情成因分析 高校负面舆情变量的选取与赋值 基于QCA方法的高校负面舆情成因分析 四、…...

编程日记 2025/8/22 21:54:41

论文阅读笔记——Deformable Radial Kernel Splatting

DRK 论文 DRK&#xff08;可变形径向核&#xff09;的核心创新正是通过极坐标参数化与切平面投影&#xff0c;对传统3D高斯泼溅&#xff08;3D-GS&#xff09;进行了多维度的优化。 传统 3DGS 依赖径向对称的高斯核&#xff0c;只能表示平滑、各向同性的形状&#xff08;球体、…...

编程日记 2025/8/24 8:24:07

网络编程—TCP/IP模型（IP协议）

上篇文章&#xff1a; 网络编程—TCP/IP模型&#xff08;TCP协议&#xff09;https://blog.csdn.net/sniper_fandc/article/details/147011479?fromshareblogdetail&sharetypeblogdetail&sharerId147011479&sharereferPC&sharesourcesniper_fandc&sharef…...

编程日记 2025/8/19 3:55:01

Android NDK C/C++交叉编译脚本

以下是 ​​Android (arm64-v8a) 交叉编译 C/C 项目的完整脚本模板​​&#xff0c;基于 NDK 工具链&#xff0c;支持自定义源文件编译为静态库/动态库/可执行文件&#xff1a; 1. 基础交叉编译脚本 (build_android.sh) bash 复制 #!/bin/bash# Android 交叉编译脚本 (arm64-…...

编程日记 2025/8/22 7:28:03

IS-IS-单区域的配置

一、IS-IS的概念 IS-IS&#xff08;Intermediate System to Intermediate System&#xff0c;中间系统到中间系统&#xff09;是一种‌链路状态路由协议‌&#xff0c;最初设计用于‌OSI&#xff08;Open Systems Interconnection&#xff09;参考模型‌的网络层&#xff08;CL…...

编程日记 2025/8/20 11:04:02

Java EE期末总结（第四章）

目录 一、ORM框架 二、MyBatis与Hibernate 1、 概念与设计理念 2、SQL 控制 3、学习成本 4、开发效率 三、MyBatisAPI 1、SqlSessionFactoryBuilder 2、SqlSessionFactory 3、SqlSession 四、MyBatis配置 1、核心依赖与日志依赖 2、建立.XML映射文件 3、建立映射…...

编程日记 2025/8/24 19:47:29