线程池

一、线程池基本概念

线程池是什么？ 顾名思义，就是把一堆开辟好的线程放在一个池子里统一管理，就是一个线程池。

线程池是预先创建线程的一种技术。线程池在任务还没有到来之前，创建一定数量（N）的线程，放入空闲队列中。这些线程都是处于阻塞（Suspended）状态，不消耗CPU，但占用较小的内存空间。当新任务到来时，缓冲池选择一个空闲线程，把任务传入此线程中运行;如果缓冲池已经没有空闲线程，则新建若干个线程。当系统比较空闲时，大部分线程都一直处于暂停状态，线程池自动销毁一部分线程，回收系统资源。

为什么要用线程池，难道来一个请求给它申请一个线程，请求处理完了释放线程不行么？也行，但是如果创建线程和销毁线程的时间比线程处理请求的时间长，而且请求很多的情况下，我们的CPU资源都浪费在了创建和销毁线程上了，所以这种方法的效率比较低，于是，我们可以将若干已经创建完成的线程放在一起统一管理，如果来了一个请求，我们从线程池中取出一个线程来处理，处理完了放回池内等待下一个任务，线程池的好处是避免了繁琐的创建和结束线程的时间，有效的利用了CPU资源。

二、线程池工作原理

2.1 线程池类至少提供三个接口，初始化线程池、销毁线程池、添加任务接口

初始化线程池

开启线程池调度器线程预先创建Ｎ个线程（由线程调度池器类负责创建线工作者线程），放入空闲线程队列指定最大的忙碌状态的线程数

销毁线程池

释放空闲队列中的线程与工作状态中的线程释放调度器线程

添加任务 添加一实际任务，但是并没有立刻运行该任务，只是放入任务队列，由线程池调度器从任务队列获取该任务，并从线程池中获得一个线程来运行该任务，这里实际上是一种生产者消费者模型。

2.2线程池调度器包含创建空闲线程、销毁空闲线程接口

2.3线程池调度器本身也是一个线程，主要负责任务调度与线程调度，其工作过程大致如下：

从任务队列获取任务，如果队列为空，阻塞等待新任务到来；队列不为空，取出该任务，从空闲线程队列取一线程，如果为空，判断工作者线程数是否达到上限，如果没有，则创建若个空闲线程，否则等待某一任务执行完毕，并且该任务对应的线程归还给线程池；获得空闲工作者线程，将任务交给工作者线程来处理，工作者线程维护一任务指针，这里只要该指针指向任务，并且唤醒线程；判断空闲工作者线程数是否超过最大工作者线程数，如果超过，销毁（空闲线程数－允许最大空闲线程数）个线程。

三、如何才能创建一个线程池的模型

线程池结构，它负责管理多个线程并提供任务队列的接口；工作线程，它们负责处理任务；任务队列，存放待处理的任务。

四、线程池所需要的数据结构

4.1 0/1信号量

用于当任务队列非空时通知线程，这里是用互斥锁和条件变量来实现的信号量，其实POSIX信号量的一种实现就是用的互斥锁和条件变量

/* Binary semaphore */ typedef struct bsem { pthread_mutex_t mutex; pthread_cond_t cond; int v; //v的值非0即1 } bsem;

4.2 标识任务的结构体

/* Job */ typedef struct job{ struct job* prev; /* pointer to previous job */ void* (*function)(void* arg); /* function pointer */ void* arg; /* function's argument */ } job;

4.3 工作队列

/* Job queue */ typedef struct jobqueue{ pthread_mutex_t rwmutex; /* used for queue r/w access */ job *front; /* pointer to front of queue */ job *rear; /* pointer to rear of queue */ bsem *has_jobs; /* flag as binary semaphore */ int len; /* number of jobs in queue */ } jobqueue;

互斥锁rwmutex用来同步对工作队列的读写操作，front用来标识工作队列中的第一个任务，rear用来标识工作队列中的最后一个任务，has_jobs用来提供对二值信号量的访问接口，len代表当前工作队列中的任务数量。

4.4 工作线程

/* Thread */ typedef struct thread{ int id; /* friendly id */ pthread_t pthread; /* pointer to actual thread */ struct thpool_* thpool_p; /* access to thpool */ } thread;

id标识第几个线程，pthread代表的是创建的真正的线程id，对于每个线程来说，都提供对所在线程池的访问

4.5 线程池结构

/* Threadpool */ typedef struct thpool_{ thread** threads; /* pointer to threads */ volatile int num_threads_alive; /* threads currently alive */ volatile int num_threads_working; /* threads currently working */ pthread_mutex_t thcount_lock; /* used for thread count etc */ jobqueue* jobqueue_p; /* pointer to the job queue */ } thpool_;

threads可以看做是一个指针数组，数组中的每个指针都指向一个线程结构，num_threads_alive标识的是线程池中有多少个可工作线程，num_threads_working代表的是当前线程池中正在工作的线程数目，互斥锁thcount_lock提供对线程池数据的互斥访问，同时，线程池需要和任务队列协作，所以还要提供对任务队列的访问。

参考：https://www.cnblogs.com/sjinsa/p/4767716.html