c++11实现一个半同步半异步线程池
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2022-03-24 23:53:04
在处理大量并发任务的时候,如果按照传统的方式,一个请求一个线程来处理请求任务,大量的线程创建和销毁将消耗过多的资源,还增加了线程上下文切换的开销,而通过线程池技术就可以很好的解决这些问题,线程池技术...
在处理大量并发任务的时候,如果按照传统的方式,一个请求一个线程来处理请求任务,大量的线程创建和销毁将消耗过多的资源,还增加了线程上下文切换的开销,而通过线程池技术就可以很好的解决这些问题,线程池技术通过在系统中预先创建一定数量的线程,当任务请求到来时从线程池中分配一个预先创建的线程去处理任务,线程在完成任务之后还可以重用,不会销毁,而是等待下次任务的到来.
分层
半同步半异步线程池分为三层:
同步服务层: 它处理来自上层的任务请求,上层的请求可能是并发的,这些请求不是马上就会被处理的,而是将这些任务放到一个同步排队层中,等待处理.
同步排队层: 来自上层的任务请求都会加到排队层中等待处理.
异步服务层: 这一层中会有多个线程同时处理排队层中的任务,异步服务层从同步排队层中取出任务并行的处理.
线程池实现
#include #include #include #include #include #include #include #include using namespace std; /********************************同步队列******************************/ template class syncqueue { public: syncqueue(int maxsize): m_maxsize(maxsize), m_needstop(false) { } //添加事件 void put(const t& x) { add(x); } //添加事件 void put(t && x) { //调用内部接口,进行完美转发 add(std::forward(x)); } //从队列中取事件,取所有事件 void take(std::list &list) { std::unique_lock locker(m_mutex); //当不满足任何一个则等待,但是若m_needstop为true是因为任务要终止了所以不阻塞 m_notempty.wait(locker, [this]{return (m_needstop || notempty()); }); if (m_needstop) { return; } list = std::move(m_queue); m_notfull.notify_one(); } //取一个事件 void take(t &t) { std::unique_lock locker(m_mutex); m_notempty.wait(locker, [this]{return m_needstop || notempty(); }); if (m_needstop) { return; } t = m_queue.front(); m_queue.pop_front(); m_notfull.notify_one(); } //终止同步队列 void stop() { { //锁作用域就在这对大括号内 std::lock_guard locker(m_mutex); //将终止标志设为true m_needstop = true; } //唤醒所有进程一一终止 m_notfull.notify_all(); m_notempty.notify_all(); } //队列为空 bool empty() { std::lock_guard locker(m_mutex); return m_queue.empty(); } //队列为满 bool full() { std::lock_guard locker(m_mutex); return m_queue.size() == m_maxsize; } //队列大小 size_t size() { std::lock_guard locker(m_mutex); return m_queue.size(); } //队列大小 int count() { return m_queue.size(); } private: //队列不为满 bool notfull() const { bool full = (m_queue.size() >= m_maxsize); if (full) { cout << "the queue is full, need wait..." << endl; } return !full; } //队列不为空 bool notempty() const { bool empty = m_queue.empty(); if (empty) { cout << "the queue is empty, need wait..., 异步层的线程id: " << this_thread::get_id() << endl; } return !empty; } //向队列中添加事件,若不为满且终止标志为false则添加事件 template void add(f && x) { std::unique_lock locker(m_mutex); //当不满足任何一个则等待,但是若m_needstop为true是因为任务要终止了所以不阻塞 m_notfull.wait(locker, [this]{return m_needstop || notfull(); }); if (m_needstop) { return; } m_queue.push_back(std::forward(x)); m_notempty.notify_one(); } private: //缓冲区 std::list m_queue; //互斥量 std::mutex m_mutex; //队列不为空的条件变量 std::condition_variable m_notempty; //队列不为满的条件变量 std::condition_variable m_notfull; //任务队列最大长度 int m_maxsize; //终止的标识,当为true时代表同步队列要终止 bool m_needstop; }; /**************************线程池********************************/ //传递给同步队列的最大个数 const int maxtaskcount = 100; class threadpool { public: using task = std::function; //构造函数,默认参数hardware_concurrency()获取cpu核心数量 threadpool(int numthreads = std::thread::hardware_concurrency()):m_queue(maxtaskcount) { cout << "numthreads: " << numthreads << endl; start(numthreads); } ~threadpool() { stop(); } //保证多线程环境下只调用一次stopthreadgroup函数 void stop() { std::call_once(m_flag, [this]{ stopthreadgroup(); }); } //添加任务,右值完美转发 void addtask(task && task) { m_queue.put(std::forward (task)); } //添加任务 void addtask(const task && task) { m_queue.put(task); } private: //建立numthreads个数的线程组 void start(int numthreads) { m_running = true; for (int i = 0; i < numthreads; i++) { //多个线程依次的处理 m_threadgroup.push_back(std::make_shared(&threadpool::runinthread, this)); } } //取出任务队列中的全部,依次执行 void runinthread() { while (m_running) { std::list list; m_queue.take(list); for (auto & task : list) { if (!m_running) { return ; } //执行任务 task(); } } } //终止所有任务的执行 void stopthreadgroup() { //终止同步队列 m_queue.stop(); m_running = false; for (auto thread : m_threadgroup) { if (thread) { thread->join(); } } m_threadgroup.clear(); } private: //处理任务的线程组 std::list> m_threadgroup; //同步队列 syncqueue m_queue; //运行的标志,flase代表终止 atomic_bool m_running; //保证在函数在多线程环境中只被调用一次 std::once_flag m_flag; }; int main() { threadpool pool; //pool.start(2); std::thread thd1([&pool] { for (int i = 0; i < 10; i++) { auto thdid = this_thread::get_id(); pool.addtask([thdid] { cout << "1.thread id: " << thdid << endl; }); } }); std::thread thd2([&pool] { for (int i = 0; i < 10; i++) { auto thdid = this_thread::get_id(); pool.addtask([thdid] { cout << "2.thread id: " << thdid << endl; }); } }); this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2)); getchar(); pool.stop(); thd1.join(); thd2.join(); }
对象池
对象池对于创建开销较大的对象来说很有意义,为了避免重复创建开销较大的对象,可以通过对象池来优化.
对象池的思路比较简单,实现创建好一批对象,放到一个集合中,每当程序需要新的对象时,就从对象池中获取,程序用完该对象后都会把该对象归还给对象池.这样会避免重复创建对象,提高程序性能.
#include #include #include #include using namespace std; //要成为不可复制的类,典型的方法是将类的复制构造函数和赋值运算符设置为private或protected //为了使objectpool为不可复制的类,我们定义了类noncopyable,只需继承起则可为不可复制的类 class noncopyable { protected: noncopyable() = default; ~noncopyable() = default; noncopyable(const noncopyable&) = delete; noncopyable& operator =(const noncopyable &) = delete; }; //对象最大个数 const int maxobjectnum = 10; template class objectpool : noncopyable { template using constructor = function (args...)>; private: //定义multimap类型的私有成员通过constructor类型获得字符串,则通过字符串类型一对多的对应特定的对象. multimap> m_object_map; public: //初始化创建对象 template void init(size_t num, args ...args) { if (num <= 0 || num > maxobjectnum) { throw std::logic_error("object num out of range"); } //init时的模板类型不同所得到的constructname字符串不同 //所以相同的初始化类型对应m_object_map中的first相同,不同类型的则不同 auto constructname = typeid(constructor).name(); //cout << "init: " << constructname << endl; for (size_t i = 0; i < num; i++) { //删除器中不直接删除对象,而是回收到对象池中,以供下次使用 m_object_map.emplace(constructname, shared_ptr(new t(std::forward(args)...), [this, constructname](t *p) { cout << "dis: " << constructname << endl; m_object_map.emplace(std::move(constructname),shared_ptr(p)); })); } } //从对象池获取一个对象 template std::shared_ptr get() { string constructname = typeid(constructor).name(); cout << constructname << endl; //通过get的模板类型得到对应的字符串,通过该字符串找到所有该字符串的对应 auto range = m_object_map.equal_range(constructname); //从该类型对应的对象中获取其中一个 for (auto it = range.first; it != range.second; it++) { auto ptr = it -> second; m_object_map.erase(it); return ptr; } return nullptr; } };
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