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LINUX通用线程池的构建
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2011-11-08
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关于LINUX通用线程池的构建 本文给出了一个通用的线程池框架,该框架将与线程执行相关的任务进行了高层次的抽象,使之与具体的执行任务无关。另外该线程池具有动态伸缩性,它能根据执行任务的轻重自动调整线程池中线程的数量。文章的最后,我们给出一个简单示例程序,通过该示例程序,我们会发现,通过该线程池框架执行多线程任务是多么的简单。
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Linux 下通用线程池的构建
本文给出了一个通用的线程池框架,该框架将与线程执行相关的任务进行了高层次的抽象
使之与具体的执行任务无关。另外该线程池具有动态伸缩性,它能根据执行任务的轻重自
动调整线程池中线程的数量。文章的最后,我们给出一个简单示例程序,通过该示例程序
我们会发现,通过该线程池框架执行多线程任务是多么的简单。
为什么需要线程池
目前的大多数网络服务器,包括 Web 服务器、Email 服务器以及数据库服务器等都具有一
个共同点,就是单位时间内必须处理数目巨大的连接请求,但处理时间却相对较短。
传统多线程方案中我们采用的服务器模型则是一旦接受到请求之后,即创建一个新的线程
由该线程执行任务。任务执行完毕后,线程退出,这就是是“即时创建,即时销毁”的策略
尽管与创建进程相比,创建线程的时间已经大大的缩短,但是如果提交给线程的任务是执
行时间较短,而且执行次数极其频繁,那么服务器将处于不停的创建线程,销毁线程的状
态。
我们将传统方案中的线程执行过程分为三个过程:T1、T2、T3。
T1:线程创建时间
T2:线程执行时间,包括线程的同步等时间
T3:线程销毁时间
那么我们可以看出,线程本身的开销所占的比例为(T1+T3) / (T1+T2+T3)。如果线程执行的
时间很短的话,这比开销可能占到 20%-50%左右。如果任务执行时间很频繁的话,这笔开
销将是不可忽略的。
除此之外,线程池能够减少创建的线程个数。通常线程池所允许的并发线程是有上界的,
如果同时需要并发的线程数超过上界,那么一部分线程将会等待。而传统方案中,如果同
时请求数目为 2000,那么最坏情况下,系统可能需要产生 2000 个线程。尽管这不是一个
很大的数目,但是也有部分机器可能达不到这种要求。
因此线程池的出现正是着眼于减少线程池本身带来的开销。线程池采用预创建的技术,在
应用程序启动之后,将立即创建一定数量的线程(N1),放入空闲队列中。这些线程都是处
于阻塞(Suspended)状态,不消耗 CPU,但占用较小的内存空间。当任务到来后,缓冲池
选择一个空闲线程,把任务传入此线程中运行。当 N1 个线程都在处理任务后,缓冲池自
动创建一定数量的新线程,用于处理更多的任务。在任务执行完毕后线程也不退出,而是
继续保持在池中等待下一次的任务。当系统比较空闲时,大部分线程都一直处于暂停状态
线程池自动销毁一部分线程,回收系统资源。
基于这种预创建技术,线程池将线程创建和销毁本身所带来的开销分摊到了各个具体的任
务上,执行次数越多,每个任务所分担到的线程本身开销则越小,不过我们另外可能需要
考虑进去线程之间同步所带来的开销。
构建线程池框架
一般线程池都必须具备下面几个组成部分:
线程池管理器:用于创建并管理线程池
工作线程: 线程池中实际执行的线程
任务接口: 尽管线程池大多数情况下是用来支持网络服务器,但是我们将线程执行的任务抽
象出来,形成任务接口,从而是的线程池与具体的任务无关。
任务队列:线程池的概念具体到实现则可能是队列,链表之类的数据结构,其中保存执行线
程。
我 们 实 现 的 通 用 线 程 池 框 架 由 五 个 重 要 部 分 组 成
CThreadManage,CThreadPool,CThread,CJob,CWorkerThread,除此之外框架中还包括
线程同步使用的类 CThreadMutex 和 CCondition。
CJob 是所有的任务的基类,其提供一个接口 Run,所有的任务类都必须从该类继承,同时
实现 Run 方法。该方法中实现具体的任务逻辑。
CThread 是 Linux 中线程的包装,其封装了 Linux 线程最经常使用的属性和方法,它也是一
个抽象类,是所有线程类的基类,具有一个接口 Run。
CWorkerThread 是实际被调度和执行的线程类,其从 CThread 继承而来,实现了 CThread 中
的 Run 方法。
CThreadPool 是线程池类,其负责保存线程,释放线程以及调度线程。
CThreadManage 是线程池与用户的直接接口,其屏蔽了内部的具体实现。
CThreadMutex 用于线程之间的互斥。
CCondition 则是条件变量的封装,用于线程之间的同步。
它们的类的继承关系如下图所示:
线程池的时序很简单,如下图所示。CThreadManage 直接跟客户端打交道,其接受需要创
建的线程初始个数,并接受客户端提交的任务。这儿的任务是具体的非抽象的任务
CThreadManage 的内部实际上调用的都是 CThreadPool 的相关操作。CThreadPool 创建具体
的线程,并把客户端提交的任务分发给 CWorkerThread,CWorkerThread 实际执行具体的任
务。
理解系统组件
下面我们分开来了解系统中的各个组件。
CThreadManage
CThreadManage 的功能非常简单,其提供最简单的方法,其类定义如下:
class CThreadManage
{
private:
CThreadPool* m_Pool;
int m_NumOfThread;
protected:
public:
void SetParallelNum(int num);
CThreadManage();
CThreadManage(int num);
virtual ~CThreadManage();
void Run(CJob* job,void* jobdata);
void TerminateAll(void);
};
其中 m_Pool 指向实际的线程池;m_NumOfThread 是初始创建时候允许创建的并发的线程
个数。另外 Run 和 TerminateAll 方法也非常简单,只是简单的调用 CThreadPool 的一些相关
方法而已。其具体的实现如下:
CThreadManage::CThreadManage(){
m_NumOfThread = 10;
m_Pool = new CThreadPool(m_NumOfThread);
}
CThreadManage::CThreadManage(int num){
m_NumOfThread = num;
m_Pool = new CThreadPool(m_NumOfThread);
}
CThreadManage::~CThreadManage(){
if(NULL != m_Pool)
delete m_Pool;
}
void CThreadManage::SetParallelNum(int num){
m_NumOfThread = num;
}
void CThreadManage::Run(CJob* job,void* jobdata){
m_Pool->Run(job,jobdata);
}
void CThreadManage::TerminateAll(void){
m_Pool->TerminateAll();
}
CThread
CThread 类实现了对 Linux 中线程操作的封装,它是所有线程的基类,也是一个抽象类,提
供了一个抽象接口 Run,所有的 CThread 都必须实现该 Run 方法。CThread 的定义如下所示:
class CThread
{
private:
int m_ErrCode;
Semaphore m_ThreadSemaphore; //the inner semaphore, which is used to realize
unsigned long m_ThreadID;
bool m_Detach; //The thread is detached
bool m_CreateSuspended; //if suspend after creating
char* m_ThreadName;
ThreadState m_ThreadState; //the state of the thread
protected:
void SetErrcode(int errcode){m_ErrCode = errcode;}
static void* ThreadFunction(void*);
public:
CThread();
CThread(bool createsuspended,bool detach);
virtual ~CThread();
virtual void Run(void) = 0;
void SetThreadState(ThreadState state){m_ThreadState = state;}
bool Terminate(void); //Terminate the threa
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资源评论
- xuejian_xj2013-03-11不错,真的很不错
- qaz3292334082014-07-23简单的代码,上学的时候就看过了。
- huangquanxi2012-12-28适合初学者,但是代码方面写的不是很好
- cn_zhanghui2012-05-24简单的代码,上学的时候就看过了。
yehe_xianyun
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