c++如何实现一个简单的线程池 _c++线程池创建与使用方法-C++-PHP中文网

c++如何实现一个简单的线程池 _c++线程池创建与使用方法

穿越時空

发布： 2025-10-22 11:17:01

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线程池通过预先创建线程并复用避免频繁开销，核心由线程数组、任务队列、互斥锁、条件变量和运行控制开关组成；构造时启动指定数量线程等待任务，析构时设置停止标志并唤醒所有线程以安全退出；任务通过enqueue方法添加，使用模板支持任意可调用对象，并通过条件变量通知空闲线程执行任务，提升并发性能。

c++如何实现一个简单的线程池 _c++线程池创建与使用方法

实现一个简单的C++线程池，核心思路是预先创建一组线程并让它们等待任务。当有新任务提交时，线程池从队列中取出任务并分配给空闲线程执行。这种方式避免了频繁创建和销毁线程的开销，提升程序性能。

线程池的基本组成

一个基础的线程池通常包含以下几个部分：

线程数组：用于存储工作线程（std::thread）
任务队列：存放待执行的任务（通常为函数对象）
互斥锁（mutex）：保护任务队列的线程安全
条件变量（condition_variable）：用于通知线程有新任务到来
控制开关：标记线程池是否运行，用于优雅关闭

线程池类的实现

// threadpool.h

#include <vector>
#include <queue>
#include <thread>
#include <functional>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

class ThreadPool {
public:
    explicit ThreadPool(size_t numThreads);
    ~ThreadPool();

    template<class F>
    void enqueue(F&& f);

private:
    std::vector<std::thread> workers; // 工作线程
    std::queue<std::function<void()>> tasks; // 任务队列

    std::mutex queue_mutex; // 保护队列
    std::condition_variable condition; // 唤醒线程
    bool stop; // 是否停止 };

// 构造函数：启动指定数量的线程
ThreadPool::ThreadPool(size_t numThreads) : stop(false) {
    for (size_t i = 0; i < numThreads; ++i) {
        workers.emplace_back([this] {
            for (;;) {
                // 等待任务
                std::function<void()> task;
                {
                    std::unique_lock<std::mutex> lock(this->queue_mutex);
                    this->condition.wait(lock, [this] {
                        return this->stop || !this->tasks.empty();
                    });
                    if (this->stop && this->tasks.empty())
                        return;
                    task = std::move(this->tasks.front());
                    this->tasks.pop();
                }
                task(); // 执行任务
            }
        });
    }
}

// 析构函数：清理资源
ThreadPool::~ThreadPool() {
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
        stop = true;
    }
    condition.notify_all(); // 唤醒所有线程
    for (std::thread &worker : workers)
        worker.join(); // 等待线程结束
}

// 添加任务
template<class F>
void ThreadPool::enqueue(F&& f) {
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
        tasks.emplace(std::forward<F>(f));
    }
    condition.notify_one(); // 通知一个线程
}

使用示例

下面是一个简单的使用例子，展示如何创建线程池并提交多个任务：

// main.cpp

#include "threadpool.h"
#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    // 创建一个包含4个线程的线程池
    ThreadPool pool(4);

    // 提交10个任务
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        pool.enqueue([i] {
            std::cout << "任务 " << i << " 正在由线程 "
                << std::this_thread::get_id() << " 执行\n";
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        });
    }

    // 主函数退出前，析构函数会自动等待所有线程完成
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    return 0;
}