Linux下C线程池的实现

在传统服务器结构中, 常是有一个总的监听线程监听有没有新的用户连接服务器, 每当有一个新的用户进入,服务器就开启一个新的线程用户处理这个用户的数据包。这个线程只服务于这个用户 , 当用户与服务器端关闭连接以后,服务器端销毁这个线程。然而频繁地开辟与销毁线程极大地占用了系统的资源。而且在大量用户的情况下,系统为了开辟和销毁线程将浪费大量的时间和资源。线程池提供了一个解决外部大量用户与服务器有限资源的矛盾,线程池和传统的一个用户对应一个线程的处理方法不同, 它的基本思想就是在程序开始时就在内存中开辟一些线程,
线程的数目是固定的,他们独自形成一个类, 屏蔽了对外的操作, 而服务器只需要将数据包交给线程池就可以了。当有新的客户请求到达时 ,不是新创建一个线程为其服务 , 而是从“池子”中选择一个空闲的线程为新的客户请求服务 ,服务完毕后 ,线程进入空闲线程池中。如果没有线程空闲的话, 就将数据包暂时积累 , 等待线程池内有线程空闲以后再进行处理。通过对多个任务重用已经存在的线程对象 , 降低了对线程对象创建和销毁的开销。当客户请求 时 , 线程对象 已 经存 在 , 可 以 提 高 请 求 的响应时间 , 从而整体地提高了系统服务的表现。

  一般来说实现一个线程池主要包括以下几个组成部分：

1）线程管理器：用于创建并管理线程池。

2）工作线程：线程池中实际执行任务的线程。在初始化线程时会预先创建好固定数目的线程在池中，这些初始化的线程一般处于空闲状态，一般不占用CPU，占用较小的内存空间。

3）任务接口：每个任务必须实现的接口，当线程池的任务队列中有可执行任务时，被空闲的工作线程调去执行（线程的闲与忙是通过互斥量实现的，跟前面文章中的设置标志位差不多），把任务抽象出来形成接口，可以做到线程池与具体的任务无关。

4）任务队列：用来存放没有处理的任务，提供一种缓冲机制，实现这种结构有好几种方法，常用的是队列，主要运用先进先出原理，另外一种是链表之类的数据结构，可以动态的为它分配内存空间，应用中比较灵活，下文中就是用到的链表。

下面的不在赘述百度《线程池技术在并发服务器中的应用》写的非常详细！

 

什么时候需要创建线程池呢？简单的说，如果一个应用需要频繁的创建和销毁线程，而任务执行的时间又非常短，这样线程创建和销毁的带来的开销就不容忽视，这时也是线程池该出场的机会了。如果线程创建和销毁时间相比任务执行时间可以忽略不计，则没有必要使用线程池了。

下面是Linux系统下用C语言创建的一个线程池。线程池会维护一个任务链表(每个CThread_worker结构就是一个任务)。

pool_init()函数预先创建好max_thread_num个线程，每个线程执thread_routine()函数。该函数中

while (pool->cur_queue_size == 0)

{

     pthread_cond_wait(&(pool->queue_ready),&(pool->queue_lock));

}

表示如果任务链表中没有任务，则该线程出于阻塞等待状态。否则从队列中取出任务并执行。

pool_add_worker()函数向线程池的任务链表中加入一个任务，加入后通过调用pthread_cond_signal(&(pool->queue_ready))唤醒一个出于阻塞状态的线程(如果有的话)。

pool_destroy()函数用于销毁线程池，线程池任务链表中的任务不会再被执行，但是正在运行的线程会一直把任务运行完后再退出。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<pthread.h>
#include<assert.h>

typedef struct worker
{

void* (*process) (void* arg);
void* arg;
structworker *next;

} CThread_worker;

typedef struct
{
pthread_mutex_t queue_lock;
pthread_cond_t queue_ready;

CThread_worker *queue_head;

int shutdown;
pthread_t* threadid;
int max_thread_num;

int cur_queue_size;

} CThread_pool;

int pool_add_worker (void *(*process) (void *arg), void*arg);
void *thread_routine (void *arg);
//share resource
static CThread_pool *pool = NULL;

void pool_init (int max_thread_num)
{
pool =(CThread_pool *) malloc (sizeof(CThread_pool));
pthread_mutex_init(&(pool->queue_lock),NULL);
pthread_cond_init(&(pool->queue_ready),NULL);
pool->queue_head = NULL;
pool->max_thread_num =max_thread_num;
pool->cur_queue_size = 0;
pool->shutdown = 0;
pool->threadid = (pthread_t *) malloc(max_thread_num * sizeof (pthread_t));

int i =0;
for (i = 0;i < max_thread_num; i++)
{
pthread_create(&(pool->threadid[i]), NULL,thread_routine,NULL);
}
}

int pool_add_worker (void *(*process) (void *arg), void*arg)
{

CThread_worker *newworker = (CThread_worker *) malloc (sizeof(CThread_worker));
newworker->process = process;
newworker->arg = arg;
newworker->next = NULL;

pthread_mutex_lock(&(pool->queue_lock));

CThread_worker *member =pool->queue_head;
if (member!= NULL)
{
while (member->next != NULL)
　　member = member->next;
member->next = newworker;
}
else
{
pool->queue_head = newworker;
}

assert(pool->queue_head != NULL);

pool->cur_queue_size++;
pthread_mutex_unlock(&(pool->queue_lock));

pthread_cond_signal(&(pool->queue_ready));
return 0;
}

int pool_destroy ()
{
if(pool->shutdown)
return -1;
pool->shutdown = 1;

pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_ready));

inti;
for (i = 0;i < pool->max_thread_num;i++)
pthread_join (pool->threadid[i],NULL);
free(pool->threadid);

CThread_worker *head = NULL;
while(pool->queue_head != NULL)
{
head = pool->queue_head;
pool->queue_head =pool->queue_head->next;
free (head);
}

pthread_mutex_destroy(&(pool->queue_lock));
pthread_cond_destroy(&(pool->queue_ready));

free(pool);

pool = NULL;
return 0;
}

void *  thread_routine (void*arg)
{
printf("starting thread 0x%x\n", pthread_self());
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&(pool->queue_lock));

while (pool->cur_queue_size == 0&&!pool->shutdown)
{
printf ("thread 0x%x is waiting\n", pthread_self());
pthread_cond_wait(&(pool->queue_ready),&(pool->queue_lock));
}

if (pool->shutdown)
{
pthread_mutex_unlock(&(pool->queue_lock));
printf ("thread 0x%x will exit\n", pthread_self());
pthread_exit(NULL);
}

printf ("thread 0x%x is starting to work\n", pthread_self());

assert (pool->cur_queue_size !=0);
assert (pool->queue_head !=NULL);

pool->cur_queue_size--;
CThread_worker *worker =pool->queue_head;
pool->queue_head =worker->next;
pthread_mutex_unlock(&(pool->queue_lock));

(*(worker->process))(worker->arg);
free (worker);
worker = NULL;
}

pthread_exit(NULL);
}

//   下面是测试代码

void *  myprocess (void*arg)
{
printf("threadid is 0x%x, working on task %d\n", pthread_self (),*(int *)arg);
sleep(1);
return NULL;
}

int  main (int argc, char**argv)
{
pool_init(3);

int* workingnum = (int *) malloc (sizeof (int) *10);
int i;
for (i = 0;i < 10; i++)
{
workingnum[i] = i;
pool_add_worker (myprocess,&workingnum[i]);
}

sleep(5);

pool_destroy();

free(workingnum);
return 0;
}

 本文转自：http://hi.baidu.com/boahegcrmdghots/item/f
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