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。
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
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 task;
{
std::unique_lock 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
void submit(F&& f) {
{
std::lock_guard lock(queue_mutex);
tasks.emplace(std::forward(f));
}
condition.notify_one();
}
~ThreadPool() {
{
std::unique_lock lock(queue_mutex);
stop = true;
}
condition.notify_all();
for (std::thread& worker : workers)
worker.join();
}
private:
std::vector workers;
std::queue> tasks;
std::mutex queue_mutex;
std::condition_variable condition;
bool stop;
};
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
注意点：
- 避免在任务中长时间阻塞主线程或死锁。
- 确保任务捕获的外部资源生命周期长于任务执行时间。
- 线程池析构前应保证所有任务提交完毕，否则可能提前终止。
基本上就这些。一个简洁有效的C++线程池不需要复杂设计，关键是正确处理线程同步和资源释放。不复杂但容易忽略细节。
