C++如何实现线程池_C++ 线程池实现方法

线程池的核心是复用线程以减少开销，C++中通过std::thread、std::queue、std::mutex、std::condition_variable和std::function实现；包含工作线程集合、任务队列、互斥锁、条件变量和运行控制开关；每个线程循环等待任务，使用std::function封装任务，通过unique_lock和condition_variable实现线程同步与唤醒；提供enqueue方法提交任务并返回std::future获取结果；析构时设置stop标志，通知所有线程并等待其结束；示例创建4线程池，提交8个任务，输出任务信息并返回计算结果。

线程池的核心目标是复用线程，避免频繁创建和销毁线程带来的开销。C++ 中可以通过 std::thread、std::queue、std::mutex、std::condition_variable 和函数对象（如 std::function）来实现一个基本的线程池。

1. 线程池的基本结构

一个简单的线程池通常包含以下几个部分：

• 工作线程集合：一组等待任务的线程。
• 任务队列：存放待执行的任务（通常是函数对象）。
• 互斥锁（mutex）：保护任务队列的线程安全。
• 条件变量（condition_variable）：用于通知空闲线程有新任务到来。
• 控制开关：标识线程池是否正在运行，用于优雅关闭。

2. 定义任务类型与线程函数

使用 std::function 来表示任意可调用的任务，比如 lambda、函数指针或 bind 表达式。

每个工作线程在启动后会进入一个循环，从任务队列中取出任务并执行。如果没有任务，就等待条件变量唤醒。

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• 加锁访问任务队列。
• 如果队列为空且线程池未关闭，线程等待（condition_variable.wait）。
• 一旦有任务入队，notify_one 唤醒一个线程。
• 取出任务并解锁，然后执行任务。

3. 实现代码示例

以下是简化但完整的线程池实现：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

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(); // 执行任务
                }
            });
        }
    }

    template
    auto enqueue(F&& f) -> std::future {
        using ReturnType = decltype(f());
        auto task = std::make_shared>(
            std::forward(f)
        );
        std::future result = task->get_future();

        {
            std::lock_guard lock(queue_mutex);
            if (stop) throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");
            tasks.emplace([task]() { (*task)(); });
        }

        condition.notify_one();
        return result;
    }

    ~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;
};

4. 使用示例

你可以这样使用这个线程池：

std::vector> results;
for (int i = 0; i < 8; ++i) {
    results.emplace_back(
        pool.enqueue([i] {
            std::cout << "任务 " << i << " 正在运行，线程ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
            return i * i;
        })
    );
}

// 获取结果
for (auto&& result : results) {
    std::cout << "结果: " << result.get() << std::endl;
}

return 0;

}

该实现支持异步提交任务并获取返回值（通过 std::future），适用于大多数常见场景。

基本上就这些。核心在于用队列管理任务，用 condition_variable 实现线程阻塞与唤醒，注意锁的粒度和异常安全即可。