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c++中如何实现一个线程池_C++多线程线程池设计与实现

冰火之心

发布： 2025-09-20 17:19:01

原创

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线程池通过复用线程执行任务，降低开销。1. 包含工作线程、任务队列、互斥量、条件变量和控制开关；2. 任务以std::function存入队列；3. 线程取任务时加锁，空时阻塞等待；4. 关闭时所有线程退出。

c++中如何实现一个线程池_c++多线程线程池设计与实现

在C++中实现一个线程池，核心目标是复用一组线程来执行多个任务，避免频繁创建和销毁线程带来的开销。一个高效的线程池通常包含任务队列、线程集合、线程同步机制以及任务调度逻辑。

线程池的基本结构

一个典型的线程池由以下几个部分组成：

工作线程集合：固定数量的线程，在初始化时启动，等待任务。
任务队列：存放待执行的任务（通常为函数对象），使用队列结构（如std::queue）管理。
互斥量与条件变量：std::mutex保护共享任务队列，std::condition_variable用于通知空闲线程有新任务到来。
控制开关：标识线程池是否运行，用于安全关闭。

任务提交与执行机制

用户通过submit()方法提交可调用对象（如lambda、函数指针、bind结果等）。这些任务被封装成std::function类型存入任务队列。

工作线程在循环中尝试从队列取任务：

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加锁获取任务队列。
若队列非空，取出任务并解锁后执行。
若队列为空且线程池运行中，则通过条件变量阻塞等待。
若线程池已停止且队列为空，线程退出。

示例代码片段：

class ThreadPool {
public:
    explicit ThreadPool(size_t numThreads) : stop(false) {
        for (size_t i = 0; i < numThreads; ++i) {
            workers.emplace_back([this] {
                while (true) {
                    std::function<void()> task;
                    {
                        std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
                        condition.wait(lock, [this] { return stop || !tasks.empty(); });
                        if (stop && tasks.empty()) return;
                        task = std::move(tasks.front());
                        tasks.pop();
                    }
                    task();
                }
            });
        }
    }

    template<class F>
    void submit(F&& f) {
        {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(queue_mutex);
            tasks.emplace(std::forward<F>(f));
        }
        condition.notify_one();
    }

    ~ThreadPool() {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
            stop = true;
        }
        condition.notify_all();
        for (std::thread& worker : workers)
            worker.join();
    }

private:
    std::vector<std::thread> workers;
    std::queue<std::function<void()>> tasks;
    std::mutex queue_mutex;
    std::condition_variable condition;
    bool stop;
};

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使用方式与注意事项

使用该线程池非常简单：

ThreadPool pool(4); // 创建4个线程的线程池
for (int i = 0; i < 8; ++i) {
    pool.submit([i]() {
        std::cout << "Task " << i << " running on thread "
                  << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    });
}
// 析构时自动等待所有线程完成

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注意点：