c++如何实现一个线程池（thread pool）_c++多线程任务调度与线程池实现方法-C++-PHP中文网

c++如何实现一个线程池（thread pool）_c++多线程任务调度与线程池实现方法

裘德小鎮的故事

发布： 2025-11-11 22:00:02

原创

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线程池核心是复用线程以减少开销并高效调度任务，C++中通过std::thread、std::queue、互斥锁、条件变量等实现；包含工作线程、任务队列、同步机制与启停控制；任务以std::function包装入队，线程安全取出执行，配合std::future获取结果；析构时停止队列并等待所有线程完成；适用于常规并发场景，高负载下可优化为work-stealing或无锁结构。

c++如何实现一个线程池（thread pool）_c++多线程任务调度与线程池实现方法

实现一个线程池的核心目标是复用线程、减少频繁创建销毁的开销，并高效调度任务。C++ 中可通过 std::thread、std::queue、std::mutex、std::condition_variable 和 std::function 实现一个轻量级线程池。

线程池的基本结构

一个典型的线程池包含：

一组工作线程（worker threads）
一个任务队列（task queue）存放待执行的任务
互斥锁保护共享数据
条件变量用于线程等待新任务
控制线程池启动和停止的机制

任务提交与执行机制

使用 std::function<void()> 包装任意可调用对象（函数、lambda、bind结果等），放入任务队列中。工作线程从队列取出任务并执行。

关键点在于线程安全：任务队列的访问必须加锁，且线程在无任务时应阻塞等待，而不是忙等。

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示例代码框架：

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

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>
    auto enqueue(F&& f) -> std::future<decltype(f())> {
        using return_type = decltype(f());
        auto task = std::make_shared<std::packaged_task<return_type()>>(
            std::forward<F>(f)
        );
        std::future<return_type> res = task->get_future();
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
            if (stop) throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");
            tasks.emplace([task]() { (*task)(); });
        }
        condition.notify_one();
        return res;
    }

    ~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

线程池初始化时指定线程数量，通常设为 CPU 核心数（可用 std::thread::hardware_concurrency() 获取）。

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通过 enqueue 提交任务，返回 std::future，可用于获取返回值或等待完成。

例如：

ThreadPool pool(4);

auto result1 = pool.enqueue([]() { return 42; });
auto result2 = pool.enqueue([]() { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); return "done"; });

std::cout << result1.get() << std::endl;
std::cout << result2.get() << std::endl;

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注意：任务不应抛出未捕获异常，否则会导致线程退出。建议在任务内部做异常处理。