线程池的简单实现

几个基本的线程函数：(本人有强迫症，为了分清返回值、函数名、参数列表，间距有点大，用的时候不要这样)

线程操纵函数 

int  pthread_create  (pthread_t *tidp, const pthread_attr_t *attr, (void*)(*start_rtn)(void *), void *arg); //创建
void pthread_exit    (void *retval);　　　　　　　　　　　　//终止自身
int  pthread_cancel  (pthread_t tid); 　 　　　　　　　　  //终止其他.发送终止信号后目标线程不一定终止，要调用join函数等待
int  pthread_join    (pthread_t tid, void **retval);　　 //阻塞并等待其他线程

属性

int  pthread_attr_init            (pthread_attr_t *attr);　　　　　　　　　　 //初始化属性
int  pthread_attr_setdetachstate  (pthread_attr_t *attr, int detachstate); //设置分离状态
int  pthread_attr_destroy         (pthread_attr_t *attr);　　　　　　　　　　 //销毁属性

 

同步函数
互斥锁

int pthread_mutex_init    (pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);  //初始化锁
int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *mutex);  //销毁锁
int pthread_mutex_lock    (pthread_mutex_t *mutex);  //加锁
int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex);  //尝试加锁，上面lock的非阻塞版本
int pthread_mutex_unlock  (pthread_mutex_t *mutex);  //解锁

条件变量

int pthread_cond_init    (pthread_cond_t *cv, const pthread_condattr_t *cattr);  //初始化
int pthread_cond_destroy (pthread_cond_t *cond);                                 //销毁  
int pthread_cond_wait    (pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);         //等待条件
int pthread_cond_signal  (pthread_cond_t *cond);                                 //通知,唤醒第一个调用pthread_cond_wait()而进入睡眠的线程

工具函数

int       pthread_equal  (pthread_t t1, pthread_t t2); //比较线程ID
int       pthread_detach (pthread_t tid);              //分离线程
pthread_t pthread_self   (void);                       //自身ID

 

上述代码中，线程的cancel和join，以及最后的工具函数，这些函数的参数都为结构体变量，其他的函数参数都是结构体变量指针；品味一下，参数为指针的，因为都需要改变结构体的内容，而参数为普通变量的，则只需要读内容即可。

 

线程池的优点可以自行百度一下， 一个线程池包括4个部分：

1、线程池管理器：用于创建、管理、销毁线程池

2、工作线程：线程池中线程

3、任务接口：线程要调用的函数，任务的具体实现函数

4、任务队列：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

 

线程池代码： 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>    //linux环境中多线程的头文件，非C语言标准库，编译时最后要加 -lpthread 调用动态链接库

//任务链表的结构
typedef struct worker 
{
    void  *(*process) (void *arg);   //工作函数
    void  *arg;                      //函数的参数
    struct worker *next;
}CThread_worker;

//线程池的管理结构
typedef struct 
{
    pthread_mutex_t queue_lock;     //互斥锁
    pthread_cond_t  queue_ready;    //条件变量/信号量

    CThread_worker *queue_head;     //指向工作链表的头结点，临界区
    int cur_queue_size;             //记录链表中工作的数量，临界区

    int max_thread_num;             //最大线程数
    pthread_t *threadid;            //线程ID

    int shutdown;                   //开关
}CThread_pool;

static CThread_pool *pool = NULL;   //一个线程池变量
int pool_add_worker(void *(*process)(void *arg), void *arg);    //负责向工作链表中添加实际的工作
void *thread_routine(void *arg);    //线程例程

//线程池初始化
void
pool_init(int max_thread_num)
{
    int i = 0;

    pool = (CThread_pool *) malloc (sizeof(CThread_pool));    //创建线程池

    pthread_mutex_init(&(pool->queue_lock),  NULL);     //互斥锁初始化，参数为锁的地址
    pthread_cond_init( &(pool->queue_ready), NULL);     //条件变量初始化，参数为变量地址

    pool->queue_head = NULL;
    pool->cur_queue_size = 0;

    pool->max_thread_num = max_thread_num;
    pool->threadid = (pthread_t *)malloc(max_thread_num * sizeof(pthread_t));
    for (i = 0; i < max_thread_num; i++) 
    {
        pthread_create(&(pool->threadid[i]), NULL, thread_routine, NULL);  //创建线程, 参数为线程ID变量地址、属性、例程、参数
    }

    pool->shutdown = 0;
}

//例程，调用具体的工作函数
void *
thread_routine(void *arg)
{
    //线程开始
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&(pool->queue_lock));    //从工作链表中取工作，要先加互斥锁，参数为锁地址

        while(pool->cur_queue_size == 0 && !pool->shutdown) 
        {   //链表为空，线程等待
            pthread_cond_wait(&(pool->queue_ready), &(pool->queue_lock));   //等待资源，信号量用于通知。会释放第二个参数的锁，以供添加；函数返回时重新加锁。
        }

        if(pool->shutdown) 
        {
            pthread_mutex_unlock(&(pool->queue_lock));          //结束开关开启，释放锁并退出线程
            pthread_exit(NULL);     //参数为void *
        }
    
        //线程准备工作
        --pool->cur_queue_size;
        CThread_worker *worker = pool->queue_head;
        pool->queue_head = worker->next;

        pthread_mutex_unlock (&(pool->queue_lock));     //获取一个工作后释放锁


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

    pthread_exit(NULL);
}

//销毁线程池
int
pool_destroy()
{
    if(pool->shutdown)      //检测结束开关是否开启，若开启，则所有线程会自动退出
        return -1;
    pool->shutdown = 1;

    pthread_cond_broadcast( &(pool->queue_ready) );     //广播，唤醒所有线程，准备退出

    int i;
    for(i = 0; i < pool->max_thread_num; ++i)
        pthread_join(pool->threadid[i], NULL);  //主线程等待所有线程退出，只有join第一个参数不是指针，第二个参数类型是void **，接收exit的返回值，需要强制转换
    free(pool->threadid);

    CThread_worker *head = NULL;
    while(pool->queue_head != NULL)            //释放未执行的工作链表剩余结点
    {
        head = pool->queue_head;
        pool->queue_head = pool->queue_head->next;
        free(head);
    }

    pthread_mutex_destroy(&(pool->queue_lock));     //销毁锁和条件变量
    pthread_cond_destroy(&(pool->queue_ready));

    free(pool);
    pool=NULL;
    return 0;
}

void *
myprocess(void *arg)
{
    printf("threadid is 0x%x, working on task %d\n", (int)pthread_self(), *(int*)arg);    //工作函数，添加实际的代码，用sleep来代替
    sleep (1);
    return NULL;
}

//添加工作
int
pool_add_worker(void *(*process)(void *arg), void *arg)
{
    CThread_worker *newworker = (CThread_worker *) malloc(sizeof(CThread_worker));
    newworker->process = process;   //具体的工作函数
    newworker->arg = arg;
    newworker->next = NULL;

    pthread_mutex_lock( &(pool->queue_lock) );      //加锁

    CThread_worker *member = pool->queue_head;      //插入链表尾部
    if( member != NULL ) 
    {
        while( member->next != NULL )
            member = member->next;
        member->next = newworker;
    }
    else 
    {
        pool->queue_head = newworker;
    }
    ++pool->cur_queue_size;

    pthread_mutex_unlock( &(pool->queue_lock) );   //解锁

    pthread_cond_signal( &(pool->queue_ready) );   //通知一个等待的线程
    return 0;
}

int
main(int argc, char **argv)
{
    pool_init(3);   //主线程创建线程池，3个线程

    int *workingnum = (int *) malloc(sizeof(int) * 10);
    int i;
    for(i = 0; i < 10; ++i) 
    {
        workingnum[i] = i;
        pool_add_worker(myprocess, &workingnum[i]);     //主线程负责添加工作，10个工作
    }

    sleep (5);
    pool_destroy();     //销毁线程池
    free (workingnum);

    return 0;
}