线程池通过预先创建线程并复用以减少开销，提升并发效率。1. 核心组件包括工作线程、任务队列、互斥锁、条件变量和控制开关。2. 任务提交后由空闲线程执行，借助条件变量唤醒线程。3. C++实现使用std::thread、std::queue、std::mutex和std::condition_variable。4. 示例代码展示4线程池处理10任务，输出显示线程复用。5. 可优化方向：支持返回值、动态扩容、优先级队列和异常处理。
线程池的核心思想是预先创建一批线程，避免频繁创建和销毁线程带来的开销。任务提交后由空闲线程处理，提升程序并发效率。C++中可通过标准库的 std::thread、std::queue、std::mutex 和 std::condition_variable 实现一个简单高效的线程池。
线程池的基本设计原理
线程池包含以下几个关键组件：
- 工作线程集合：启动固定数量的线程并保持运行，等待任务分配。
- 任务队列：存放待执行的任务（通常为函数对象），线程从队列中取任务执行。
- 互斥锁（mutex）：保护任务队列，防止多线程同时访问导致数据竞争。
- 条件变量（condition_variable）：用于通知空闲线程有新任务到达。
- 控制开关：标志线程池是否关闭，决定线程是否继续等待任务。
当用户提交任务时，任务被加入队列，条件变量通知一个线程唤醒并执行任务。线程执行完后继续等待下一次通知。
代码实现：一个简单的C++线程池
#include iostream>#include
#include
#include
#include
#include
#include
class ThreadPool {
private:
std::vector<:thread> workers;
std::queue<:function>> tasks;
std::mutex task_mutex;
std::condition_variable cv;
bool stop = false;
public:
// 构造函数：启动n个线程
ThreadPool(int n) {
for (int i = 0; i workers.emplace_back([this] {
while (true) {
std::function
{
std::unique_lock<:mutex> lock(task_mutex);
cv.wait(lock, [this] { return stop || !tasks.empty(); });
if (stop && tasks.empty()) return;
task = std::move(tasks.front());
tasks.pop();
}
task();
}
});
}
}
// 提交任务（支持任意可调用对象）
template
void enqueue(F&& f) {
{
std::unique_lock<:mutex> lock(task_mutex);
tasks.emplace(std::forward
}
cv.notify_one();
}
// 析构函数：清理所有线程
~ThreadPool() {
{
std::unique_lock<:mutex> lock(task_mutex);
stop = true;
}
cv.notify_all();
for (std::thread& t : workers) {
t.join();
}
}
};
使用示例
下面是一个简单的测试代码，展示如何使用该线程池：
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ThreadPool pool(4); // 创建4个线程的线程池
// 提交10个任务
for (int i = 0; i pool.enqueue([i] {
std::cout std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
});
}
return 0; // 线程池析构时自动等待并回收线程
}
输出会显示不同任务由不同线程执行，且总共只创建了4个线程。
注意事项与优化方向
当前实现是基础版本，适用于大多数简单场景。若需更复杂功能，可考虑以下改进：
- 支持返回值：使用 std::future 包装任务结果。
- 动态扩容：根据负载调整线程数量。
- 任务优先级：使用优先队列替代普通队列。
- 异常处理：在任务执行中捕获异常，防止线程退出。
基本上就这些。这个线程池虽然简单，但结构清晰，适合学习和嵌入中小型项目。关键在于理解任务调度与线程同步机制的配合。
