C语言线程池的实现
发布日期:2021-05-07 04:38:38 浏览次数:24 分类:精选文章

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(一)线程池的组成:

           两个结构体: 任务结构体 和 线程池结构体

           定义如下:

          任务结构体:

          任务结构体有三个变量,分别是 任务执行的函数(函数指针),赋给任务的参数,任务的next指针。

struct task {	void *(*task)(void *arg);   //指针函数(即这个任务要去做什么事情)	void *arg;		    //参数	struct task *next;	    //指向下一个任务的指针	};

           线程池结构体:

           注意:一个线程池结构体一共有 7个成员变量。

typedef struct thread_pool{	pthread_mutex_t lock;//互斥锁	pthread_cond_t cond;//条件变量	struct task *task_list;//任务链表		pthread_t *tids;	//存储创建线程id号		unsigned waiting_tasks; 	//任务队列中正在等待的任务个数	unsigned active_threads;	//正在工作的线程个数	bool shutdown;			//开关标志	}thread_pool;

(二)线程池的操作函数:

        (1)线程池初始化函数:(输入的变量:  指向线程池的指针,创建的线程数目)

                初始化互斥锁,初始化条件变量,初始化任务链表,初始化 waiting_tashs为0,初始化 active_threads 为最大线程值,初始化要创建的线程,shutdown为 false

             

                步骤:

                 1.初始化互斥锁,条件变量

                 2.初始化任务链表表头,并把链表头 的next指针设成 NULL

                 3.等待任务数设置为0. 工作线程数设置为 threads_num

                 4/开关标志位设置为 falsh

                 5.for循环创建线程

bool pool_init(thread_pool *pool,unsigned int threads_num)//初始化线程池{	int i;	pthread_mutex_init(&pool->lock,NULL);	pthread_cond_init(&pool->cond,NULL);		pool->task_list=malloc(sizeof(struct task));       //初始化任务链表	pool->waiting_tasks=0;	pool->active_threads=threads_num;	pool->shutdown=false;	pool->tids=malloc(sizeof(pthread_t)*MAX_ACTIVE_THREADS);       //MAX_ACTIVE_THREADS为一个宏,表示要能容纳的最大线程数	if(pool->task_list==NULL||pool->tids==NULL)	{		perror("allocate memory error");		return false;			}	pool->task_list->next=NULL;		for(i=0;i
active_threads;i++) { if(pthread_create(&((pool->tids)[i]),NULL,routine,(void *)pool)!=0) { perror("create thread failed!\n"); return false; } } return true; }

(3)往线程池新增任务:

输入参数:线程池指针,任务要处理的函数指针,给任务的参数

步骤:

       1.创建新的任务结点,并把他的next置空

       2.给任务结点赋参数(指针函数,给任务的参数arg)

       3.给互斥锁上锁,因为准备操作共享资源(任务链表)

       4.把新建的任务结点插入到任务链表的结尾,线程池的等待任务数目+1

       5.互斥锁解锁。

bool add_task(thread_pool *pool,void *(*task)(void *arg),void *arg){	struct task *new_task=malloc(sizeof(struct task));	if(new_task==NULL)	{		perror("allocate memory error");		return false;			}		new_task->task=task;//任务存入新节点	new_task->arg=arg;	new_task->next=NULL;			pthread_mutex_lock(&pool->lock);	if(pool->waiting_tasks>=MAX_WAITING_TASKS)	{		pthread_mutex_unlock(&pool->lock);		fprintf(stderr,"too many tasks.\n");//任务太多添加失败		free(new_task);		return false;	}	//遍历链表,找到队列尾结点,以便把新结点加入
struct task *tmp=pool->task_list;	while(tmp->next!=NULL)		tmp=tmp->next;			tmp->next=new_task;	pool->waiting_tasks++;	pthread_mutex_unlock(&pool->lock);           //解互斥锁	pthread_cond_signal(&pool->cond);            //解锁后唤醒一个阻塞在条件变量的线程,因为线程被创建后执行的函数都会默认被阻塞	return true;	}
(4)往线程池新增线程
int add_thread(thread_pool *pool, unsigned additional_threads){	//增加线程数判断:如增加0条线程,则直接退出该函数	if(additional_threads == 0)		return 0;		//计算总线程数,用于循环创建线程时使用	unsigned total_threads = pool->active_threads + additional_threads;	int i, actual_increment = 0;             //actual_increment 为实际上增加的线程数		//循环创建指定数目的线程:不能超过最大线程数	for(i = pool->active_threads;	    i < total_threads && i < MAX_ACTIVE_THREADS; i++)	{		//创建线程,并判断是否创建成功,失败提示并退出该函数		if(pthread_create(&((pool->tids)[i]),				NULL, thread_routine, (void *)pool) != 0)		{			perror("add threads error");			if(actual_increment == 0)				return -1;			break;		}				//实际新增加的线程数		actual_increment++; 	}		//计算增加指定数目的线程后,线程池活动线程数加上实际成功增加的线程数	pool->active_threads += actual_increment;	return actual_increment;}
(5)往线程池删除线程
int remove_thread(thread_pool *pool,unsigned int removing_threads){	if(removing_threads==0)	{		return pool->active_threads;	}	int remain_threads=pool->active_threads-removing_threads;	remain_threads=remain_threads>0 ? remain_threads:1;	int i;	for(i=pool->active_threads-1;i>remain_threads-1;i--)   	{		errno=pthread_cancel(pool->tids[i]);              //删除线程是按照线程创建的顺序来删的		if(errno!=0)                                      //线程池中的线程不一定都能删除的,		{						  //因为在某线程在执行任务时,有个函数会让他暂时不能被删除			break;					  //下面会有解释的		}	                                          //所以这里就算pthread_cancel失败,也是break,而不是return	}	if(i==pool->active_threads-1)		return -1;	else 	{		pool->active_threads=i+1;		return i+1;			}	}
(6)销毁线程池
bool destroy_pool(thread_pool *pool){	pool->shutdown = true;	pthread_cond_broadcast(&pool->cond);           //唤醒因条件变量沉睡的所有线程	int i;	for(i=0;i
active_threads;i++) { errno=pthread_join(pool->tids[i],NULL); //等待线程回收完毕 if(errno!=0) { printf("join tids[%d] error:%s\n",i,strerror(errno)); } else printf("[%u] is joined\n",(unsigned)pool->tids[i]); } free(pool->task_list); free(pool->tids); free(pool); return true;}
(7)线程创建后执行的函数,即线程功能函数(重点)
void *routine(void *arg){	thread_pool *pool = (thread_pool*)arg;	struct task *p;	while(1)	{		//从任务链表(head->next)中扣去节点		pthread_cleanup_push(handler,(void *)&pool->lock);		pthread_mutex_lock(&pool->lock);				//判断任务链表中是否有节点,没有就阻塞当前线程		while(pool->waiting_tasks == 0 && !pool->shutdown)          //这个循环的作用是,当没任务时让线程沉睡,有任务时循环取任务		{			pthread_cond_wait(&pool->cond,&pool->lock);            //让线程沉睡		}		if(pool->waiting_tasks==0&&pool->shutdown==true)            //shutdown=true也要等任务全执行完了才能删除线程池		{						pthread_mutex_unlock(&pool->lock);			pthread_exit(NULL);		}		p =pool->task_list->next;		pool->task_list->next =p->next;		pool->waiting_tasks--;				//解锁		pthread_mutex_unlock(&pool->lock);		pthread_cleanup_pop(0);						//处理刚才扣下来的那个节点任务		pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE,NULL);       //禁止当前这个线程被其他线程调用pthread_cancel来删除		(p->task)(p->arg);                                       //执行任务		pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL);        //取消禁止删除效果		//释放定义的那个节点		free(p);			}	pthread_exit(NULL);//退出}
上图中 pthread_cleanup_push 和 pthread_cleanup_pop的作用:
 线程有两种退出方式,有可能自己退出的,这是正常的退出方式,也有可能是非正常退出的,例如被其他线程取消,
试想一下,如果一个线程已经上锁了,还没解锁就被其他线程取消了,那这个锁就一直锁着,没办解开。因为就需要在互斥锁上锁前使用
pthread_cheanup_push(),这个函数可以在线程在非正常退出时,丢用指定函数来进行相应操作(解锁)
若线程并没有在互斥锁上锁时被非正常退出,就要调用 pthread_cleanup_pop()来取消pthread_cleanup_push()的操作。pthread_cleanup_pop一般用再解锁之后
所以这两个函数都是一对出现的
(8)线程池工作的基本逻辑:
1.首先 线程池初始化时 会创建出很多条线程,但他们没任务可执行时,就会调用条件变量cond,让自己沉睡。因此线程池一被创建,就躺着很多条沉睡的线程。
2.线程的执行函数中,有个while(1)循环,让线程有任务时执行任务,没任务时就调用pthread_cond_wait()来沉睡。
3.当有任务加入线程池的任务列表时,会通过调用pthread_cond_signal()来唤醒一条线程(add_task()函数),然后线程执行完就继续执行下一条任务或沉睡。
4.当线程池中的 shundown变量变成true时,便会调用pthread_cond_broadcase()唤醒所有沉睡的线程,使线程们自己退出
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路过,博主的博客真漂亮。。
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