C语言线程池的常见实现方式详解

本文主要是介绍C语言线程池的常见实现方式详解，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

《C语言线程池的常见实现方式详解》本文介绍了如何使用C语言实现一个基本的线程池,线程池的实现包括工作线程、任务队列、任务调度、线程池的初始化、任务添加、销毁等步骤,感兴趣的朋友跟随小编一起看看吧...

1. 线程池的基本结构

线程池的核心概念是有一个固定数量的线程等待执行任务。任务通常通过任务队列传递，线程从队列中取出任务并执行。线程池的主要目标是提高资源利用率，避免频繁地创建和销毁线程。

线程池的主要组件：

任务结构：保存任务信息，比如任务的函数指针和参数。
任务队列：用于存放待处理的任务。当所有工作线程都在忙时，新提交的任务会被放到队列中，直到线程空闲出来。
线程池控制：管理线程池的线程，调度任务的分发，维护任务队列。

2. 线程池的实现步骤

以下是实现一个简单线程池的基本步骤：

初始化线程池：

创建一定数量的线程，并使它们处于等待状态。

创建一个任务队列，用来存储待执行的任务。

任务提交：

用户提交任务到线程池，线程池会把任务放入任务队列中，等待工作线程去执行。

工作线程：

工作线程从任务队列中取出任务并执行。

如果没有任务，线程会阻塞，直到有任务提交到任务队列。

关闭线程池：

关闭线程池时，需要确保所有任务完成后再销毁线程池，并且释放所有资源。

3. 线程池的核心数据结构

任务结构：每个任务通常包括任务的执行函数和任务的参数。

typedef struct {
    void (*routine)(void *arg);  // 任务执行的函数
    void *arg;                   // 传递给任务函数的参数
} task_t;

线程池结构：线程池需要包含任务队列、线程数组、线程数量、锁以及条件变量等。

typedef struct {
    pthread_t *threads;           // 工作线程数组
    task_t *task_queue;           // 任务队列
    int queue_size;               // 队列大小
    int head, tail;               // 队列头尾索引
    int thread_count;             // 线程池中的线程数
    pthread_mutex_t lock;        // 锁，保护任务队列
    pthread_cond_t cond;         // 条件变量，唤醒工作线程
    int shutdown;                 // 是否关闭线程池
} thread_pool_t;

4. 线程池的详细实现

下面是一个完整的线程池实现，包括初始化、任务提交、任务执行和销毁。

4.1 初始化线程池

首先需要创建线程池，并初始化必要的数据结构。

#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
typedef struct {
    void (*routine)(void *arg);  // 任务执行的函数
    void *arphpg;                   // 传递给任务函数的参数
} task_t;
typedef struct {
    pthread_t *threads;           // 工作线程数组
    task_t *task_queue;           // 任务队列
    int queue_size;               // 队列大小
    int head, tail;    javascript     China编程      // 队列头尾索引
    int thread_count;             // 线程池中的线程数
    pthread_mutex_t lock;        // 锁，保护任务队列
    pthread_cond_t cond;         // 条件变量，唤醒工作线程
    int shutdown;                 // 是否php关闭线程池
} thread_pool_t;
void *worker(void *arg) {
    thread_pool_t *pool = (thread_pool_t *)arg;
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&pool->lock);
        while (pool->head == pool->tail && !pool->shutdown) {
            pthread_cond_wait(&pool->cond, &pool->lock);  // 等待任务
        }
        // 检查是否关闭线程池
        if (pool->shutdown) {
            pthread_mutex_unlock(&pool->lock);
            break;
        }
        task_t task = pool->task_queue[pool->head];  // 获取任务
        pool->head = (pool->head + 1) % pool->queue_size;  // 队列中移除任务
        pthread_mutex_unlock(&pool->lock);
        task.routine(task.arg);  // 执行任务
    }
    pthread_exit(NULL);
}
void thread_pool_init(thread_pool_t *pool, int thread_count, int queue_size) {
    pool->threads = (pthread_t *)malloc(thread_count * sizeof(pthread_t));
    pool->task_queue = (task_t *)malloc(queue_size * sizeof(task_t));
    pool->queue_size = queue_size;
    pool->head = pool->tail = 0;
    pool->thread_count = thread_count;
    pool->shutdown = 0;
    pthread_mutex_init(&pool->lock, NULL);
    pthread_cond_init(&pool->cond, NULL);
    // 创建线程
    for (int i = 0; i < thread_count; i++) {
        pthread_create(&pool->threads[i], NULL, worker, pool);
    }
}

4.2 提交任务

当用户需要执行某个任务时，任务会被加入任务队列，等待线程执行。

void thread_pool_add_task(thread_pool_t *pool, void (*routine)(void *), void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&pool->lock);
    // 检查任务队列是否满
    if ((pool->tail + 1) % pool->queue_size != pool->head) {
        pool->task_queue[pool->tail].routine = routine;
        pool->task_queue[pool->tail].arg = arg;
        pool->tail = (pool->tail + 1) % pool->queue_size;  // 更新队列尾部
        pthread_cond_signal(&pool->cond);  // 唤醒一个工作线程
    }
    pthread_mutex_unlock(&pool->lock);
}

4.3 关闭线程池

关闭线程池时，需要等待所有线程处理完任务后才能销毁线程池。可以通过设置 shutdown 标志来通知线程池停止。

void thread_pool_destroy(thread_pool_t *pool) {
    pthread_mutex_lock(&pool->lock);
China编程    pool->shutdown = 1;
    pthread_cond_broadcast(&pool->cond);  // 唤醒所有线程，确保线程能够退出
    pthread_mutex_unlock(&pool->lock);
    // 等待所有线程退出
    for (int i = 0; i < pool->thread_count; i++) {
        pthread_join(pool->threads[i], NULL);
    }
    free(pool->threads);
    free(pool->task_queue);
    pthread_mutex_destroy(&pool->lock);
    pthread_cond_destroy(&pool->cond);
}

4.4 示例任务函数

用户可以定义自己的任务函数，传递参数，并在任务函数中执行实际的工作。

void print_hello(void *arg) {
    printf("Hello, %s!\n", (char *)arg);
}
int main() {
    thread_pool_t pool;
    thread_pool_init(&pool, 4, 10);  // 创建一个线程池，包含4个线程和10个任务队列
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        char *name = malloc(10);
        sprintf(name, "Task %d", i + 1);
        thread_pool_add_task(&pool, print_hello, name);
    }
    sleep(1);  // 等待任务执行
    thread_pool_destroy(&pool);  // 销毁线程池
    return 0;
}