简述Linux C下线程池的使用

多线程编程，创建一个线程，指定去完成某一个任务，等待线程的退出。虽然能够满足编程需求，但是当我们需要创建大量的线程的时候，在创建过程以及销毁线程的过程中可能会消耗大量的CPU.增加很大开销。如：文件夹的copy、WEB服务器的响应。

线程池就是用来解决类似于这样的一个问题的，可以降低频繁地创建和销毁线程所带来地开销。

线程池技术思路：一般采用预创建线程技术，也就是提前把需要用线程先创建一定数目。这些线程提前创建好了之后，“任务队列”里面假设没有任务，那么就让这些线程休眠，一旦有任务，就唤醒线程去执行任务，任务执行完了，也不需要去销毁线程，直到当你想退出或者是关机时，这个时候，那么你调用销毁线程池地函数去销毁线程。

线程完成任务之后不会销毁，而是自动地执行下一个任务。而且，当任务有很多，你可以有函数接口去增加线程数量，当任务较少时，你可以有函数接口去销毁部分线程。

如果，创建和销毁线程的时间对比执行任务的时间可以忽略不计，那么我们在这种情况下面也就没有必要用线程池。

“任务队列”是一个共享资源“互斥访问”

线程池本质上也是一个数据结构，需要一个结构体去描述它：

struct pthread_pool //线程池的实现 
{ 
 //一般会有如下成员 
 
 //互斥锁，用来保护这个“任务队列” 
 pthread_mutex_t lock; //互斥锁  
  
 //线程条件变量 表示“任务队列”是否有任务 
 pthread_cond_t cond; //条件变量 
  
 bool shutdown; //表示是否退出程序 bool：类型 false / true 
 
 //任务队列(链表)，指向第一个需要指向的任务 
 //所有的线程都从任务链表中获取任务 "共享资源" 
 struct task * task_list; 
  
 //线程池中有多个线程，每一个线程都有tid, 需要一个数组去保存tid 
 pthread_t * tids; //malloc()  
  
 //线程池中正在服役的线程数，当前线程个数 
 unsigned int active_threads; 
  
 //线程池任务队列最大的任务数量 
 unsigned int max_waiting_tasks; 
  
 //线程池任务队列上当前有多少个任务 
 unsigned int cur_waiting_tasks; 
  
 //...... 
 
}; 
 
//任务队列(链表)上面的任务结点，只要能够描述好一个任务就可以了， 
//线程会不断地任务队列取任务 
struct task  //任务结点  
{ 
 // 1. 任务结点表示的任务，“函数指针”指向任务要执行的函数(cp_file) 
 void*(* do_task)(void * arg); 
  
 //2. 指针，指向任务指向函数的参数(文件描述符) 
 void * arg; 
  
 //3. 任务结点类型的指针，指向下一个任务 
 struct task * next; 
}; 

线程池框架代码如下，功能自填：

操作线程池所需要的函数接口：pthread_pool.c 、pthread_pool.h

把“线程池”想象成一个外包公司，你需要去完成的就是操作线程池所提供的函数接口。

pthread_pool.c

#include "pthread_pool.h" 
 
/* 
 init_pool: 线程池初始化函数，初始化指定的线程池中有thread_num个初始线程 
 @pool：指针，指向您要初始化的那个线程池 
 @threa_num: 您要初始化的线程池中开始的线程数量 
 返回值：  
  成功 0 
  失败 -1 
*/ 
 
int init_pool(pthread_pool * pool , unsigned int threa_num) 
{ 
 //初始化线程池的结构体 
  
 //初始化线程互斥锁 
 pthread_mutex_init(&pool->lock, NULL); 
  
 //初始化线程条件变量 
 pthread_cond_init(&pool->cond, NULL); 
 
 pool->shutdown = false ;// 不退出 
 
 pool->task_list = (struct task*)malloc(sizeof(struct task)); 
 
 pool->tids = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t) * MAX_ACTIVE_THREADS); 
 if(pool->task_list == NULL || pool->tids == NULL) 
 { 
  perror("malloc memery error"); 
  return -1; 
 } 
 
 pool->task_list->next = NULL; 
 
 //线程池中一开始初始化多少个线程来服役 
 pool->active_threads = threa_num; 
 
 //表示线程池中最多有多少个任务 
 pool->max_waiting_tasks = MAX_WAITING_TASKS; 
 
 //线程池中任务队列当前的任务数量 
 pool->cur_waiting_tasks = 0; 
 
 //创建thread_num个线程，并且让线程去执行任务调配函数， 
 //记录所有线程的tid 
 int i = 0; 
 for(i = 0; i < threa_num; i++) 
 { 
  int ret = pthread_create(&(pool->tids)[i], NULL, routine, (void*)pool); 
  if(ret != 0) 
  { 
   perror("create thread error"); 
   return -1; 
  } 
 
  printf("[%lu]:[%s] ===> tids[%d]:[%lu]",pthread_self(), 
   __FUNCTION__, i , pool->tids[i]); 
 } 
 
 return 0; 
} 
 
/* 
 routine: 任务调配函数。 
  所有线程开始都执行此函数，此函数会不断的从线程池的任务队列 
  中取下任务结点，去执行。 
   
  任务结点中包含“函数指针” h "函数参数" 
*/ 
 
void * routine(void * arg) 
{ 
 //arg表示你的线程池的指针 
  
 while() 
 { 
  //获取线程互斥锁，lock  
   
  //当线程池没有结束的时候，不断地从线程池的任务队列取下结点 
  //去执行。 
   
  //释放线程互斥锁，unlock 
   
  //释放任务结点 
 } 
} 
 
/* 
 destroy_pool: 销毁线程池，销毁前要保证所有的任务已经完成 
*/ 
 
int destroy_pool(pthread_pool * pool) 
{ 
 //释放所有空间 等待任务执行完毕(join)。 
 //唤醒所有线程 
 //利用join函数回收每一个线程资源。 
} 
 
/* 
 add_task：给任务队列增加任务， 把do_task指向的任务(函数指针)和 
  arg指向的参数保存到一个任务结点，添加到pool任务队列中。 
   
 @pool : 您要添加任务的线程池 
 @do_task ： 您需要添加的任务(cp_file) 
 @arg： 您要执行的任务的参数(文件描述符) 
*/ 
 
int add_task(pthread_pool *pool,void*(* do_task)(void * arg), void*arg) 
{ 
 //把第二个参数和第三个参数封装成struct task  
  
 //再把它添加到 pool->task 任务队列中去 
  
 //注意任务队列是一个共享资源 
  
 //假如任务后要唤醒等待的线程。 
} 
 
//如果任务多的时候，往线程池中添加线程  pthread_create 
int add_threads(pthread_pool * pool, unsigned int num); 
{ 
 //新创建num个线程，让每一个线程去执行线程调配函数 
  
 //将每一个新创建的线程tid，添加到pool-> tids  
} 
 
//如果任务少的时候，减少线程池中线程的数量 pthread_cancel join 
int remove_threads(pthread_pool * pool, unsigned int num) 
{ 
 //用pthread_cancel取消num个线程  
 //利用pthread_join函数去回收资源。 
} 

pthread_pool.h

#ifndef __PTHREAD_POOL_H__ 
#define __PTHREAD_POOL_H__ 
 
//表示线程池中最多有多少个线程 
#define MAX_ACTIVE_THREADS 20 
 
//表示线程池中最多有多少个任务 
#define MAX_WAITING_TASKS 1024 
 
//任务队列(链表)上面的任务结点，只要能够描述好一个任务就可以了， 
//线程会不断地任务队列取任务 
struct task  //任务结点  
{ 
 // 1. 任务结点表示的任务，“函数指针”指向任务要执行的函数(cp_file) 
 void*(* do_task)(void * arg); 
  
 //2. 指针，指向任务指向函数的参数(文件描述符) 
 void * arg; 
  
 //3. 任务结点类型的指针，指向下一个任务 
 struct task * next; 
}; 
 
struct pthread_pool //线程池的实现 
{ 
 //一般会有如下成员 
 
 //互斥锁，用来保护这个“任务队列” 
 pthread_mutex_t lock; //互斥锁  
  
 //线程条件变量 表示“任务队列”是否有任务 
 pthread_cond_t cond; //条件变量 
  
 bool shutdown; //表示是否退出程序 bool：类型 false / true 
 
 //任务队列(链表)，指向第一个需要指向的任务 
 //所有的线程都从任务链表中获取任务 "共享资源" 
 struct task * task_list; 
  
 //线程池中有多个线程，每一个线程都有tid, 需要一个数组去保存tid 
 pthread_t * tids; //malloc()  
  
 //线程池中正在服役的线程数，当前线程个数 
 unsigned int active_threads; 
  
 //线程池任务队列最大的任务数量 
 unsigned int max_waiting_tasks; 
  
 //线程池任务队列上当前有多少个任务 
 unsigned int cur_waiting_tasks; 
  
 //...... 
 
}; 
 
/* 
 init_pool: 线程池初始化函数，初始化指定的线程池中有thread_num 
  个初始线程 
 @pool：指针，指向您要初始化的那个线程池 
 @threa_num: 您要初始化的线程池中开始的线程数量 
 返回值：  
  成功 0 
  失败 -1 
*/ 
 
int init_pool(pthread_pool * pool , unsigned int threa_num); 
 
/* 
 routine: 任务调配函数。 
  所有线程开始都执行此函数，此函数会不断的从线程池的任务队列 
  中取下任务结点，去执行。 
   
  任务结点中包含“函数指针” h "函数参数" 
*/ 
 
void * routine(void * arg); 
 
/* 
 destroy_pool: 销毁线程池，销毁前要保证所有的任务已经完成 
*/ 
 
int destroy_pool(pthread_pool * pool); 
 
/* 
 add_task：给任务队列增加任务， 把do_task指向的任务(函数指针)和 
  arg指向的参数保存到一个任务结点，添加到pool任务队列中。 
   
 @pool : 您要添加任务的线程池 
 @do_task ： 您需要添加的任务(cp_file) 
 @arg： 您要执行的任务的参数(文件描述符) 
*/ 
 
int add_task(pthread_pool *pool,void*(* do_task)(void * arg), void*arg); 
 
//如果任务多的时候，往线程池中添加线程  pthread_create 
int add_threads(pthread_pool * pool, unsigned int num); 
 
 
//如果任务少的时候，减少线程池中线程的数量 pthread_cancel join 
int remove_threads(pthread_pool * pool, unsigned int num); 
 
#endif