Linux下的通用线程池创建(2)

zhoutao8008

在CThreadPool中存在两个链表，一个是空闲链表，一个是忙碌链表。Idle链表中存放所有的空闲进程，当线程执行任务时候，其状态变为忙碌状态，同时从空闲链表中删除，并移至忙碌链表中。在CThreadPool的构造函数中，我们将执行下面的代码:
for(int i=0;i
    {
    CWorkerThread* thr = new CWorkerThread();
    AppendToIdleList(thr);
    thr->SetThreadPool(this);
    thr->Start();       //begin the thread,the thread wait for job
    }
在该代码中，我们将创建m_InitNum个线程，创建之后即调用AppendToIdleList放入Idle链表中，由于目前没有任务分发给这些线程，因此线程执行Start后将自己挂起。
事实上，线程池中容纳的线程数目并不是一成不变的，其会根据执行负载进行自动伸缩。为此在CThreadPool中设定四个变量：
m_InitNum：处世创建时线程池中的线程的个数。
m_MaxNum:当前线程池中所允许并发存在的线程的最大数目。
m_AvailLow:当前线程池中所允许存在的空闲线程的最小数目，如果空闲数目低于该值，表明负载可能过重，此时有必要增加空闲线程池的数目。实现中我们总是将线程调整为m_InitNum个。
m_AvailHigh：当前线程池中所允许的空闲的线程的最大数目，如果空闲数目高于该值，表明当前负载可能较轻，此时将删除多余的空闲线程，删除后调整数也为m_InitNum个。
m_AvailNum：目前线程池中实际存在的线程的个数，其值介于m_AvailHigh和m_AvailLow之间。如果线程的个数始终维持在m_AvailLow和m_AvailHigh之间，则线程既不需要创建，也不需要删除，保持平衡状态。因此如何设定m_AvailLow和m_AvailHigh的值，使得线程池最大可能的保持平衡态，是线程池设计必须考虑的问题。
线程池在接受到新的任务之后，线程池首先要检查是否有足够的空闲池可用。检查分为三个步骤：
(1)检查当前处于忙碌状态的线程是否达到了设定的最大值m_MaxNum，如果达到了，表明目前没有空闲线程可用，而且也不能创建新的线程，因此必须等待直到有线程执行完毕返回到空闲队列中。
(2)如果当前的空闲线程数目小于我们设定的最小的空闲数目m_AvailLow，则我们必须创建新的线程，默认情况下，创建后的线程数目应该为m_InitNum，因此创建的线程数目应该为( 当前空闲线程数与m_InitNum);但是有一种特殊情况必须考虑，就是现有的线程总数加上创建后的线程数可能超过m_MaxNum，因此我们必须对线程的创建区别对待。
    if(GetAllNum()+m_InitNum-m_IdleList.size()
        CreateIdleThread(m_InitNum-m_IdleList.size());
    else
        CreateIdleThread(m_MaxNum-GetAllNum());
如果创建后总数不超过m_MaxNum，则创建后的线程为m_InitNum；如果超过了，则只创建( m_MaxNum-当前线程总数 )个。
(3)调用GetIdleThread方法查找空闲线程。如果当前没有空闲线程，则挂起；否则将任务指派给该线程，同时将其移入忙碌队列。
当线程执行完毕后，其会调用MoveToIdleList方法移入空闲链表中，其中还调用m_IdleCond.Signal()方法，唤醒GetIdleThread()中可能阻塞的线程。

CWorkerThread
CWorkerThread是CThread的派生类，是事实上的工作线程。在CThreadPool的构造函数中，我们创建了一定数量的CWorkerThread。一旦这些线程创建完毕，我们将调用Start()启动该线程。Start方法最终会调用Run方法。Run方法是个无限循环的过程。在没有接受到实际的任务的时候，m_Job为NULL，此时线程将调用Wait方法进行等待，从而处于挂起状态。一旦线程池将具体的任务分发给该线程，其将被唤醒，从而通知线程从挂起的地方继续执行。CWorkerThread的完整定义如下:
class CWorkerThread:public CThread
{
private:
    CThreadPool*  m_ThreadPool;
    CJob*    m_Job;
    void*    m_JobData;
   
    CThreadMutex m_VarMutex;
    bool      m_IsEnd;
protected:
public:
    CCondition   m_JobCond;
    CThreadMutex m_WorkMutex;
    CWorkerThread();
    virtual ~CWorkerThread();
    void Run();
    void    SetJob(CJob* job,void* jobdata);
    CJob*   GetJob(void){return m_Job;}
    void    SetThreadPool(CThreadPool* thrpool);
    CThreadPool* GetThreadPool(void){return m_ThreadPool;}
};
CWorkerThread::CWorkerThread()
{
    m_Job = NULL;
    m_JobData = NULL;
    m_ThreadPool = NULL;
    m_IsEnd = false;
}
CWorkerThread::~CWorkerThread()
{
    if(NULL != m_Job)
    delete m_Job;
    if(m_ThreadPool != NULL)
    delete m_ThreadPool;
}

void CWorkerThread::Run()
{
SetThreadState(THREAD_RUNNING);
    for(;;)
    {
    while(m_Job == NULL)
        m_JobCond.Wait();

    m_Job->Run(m_JobData);
    m_Job->SetWorkThread(NULL);
    m_Job = NULL;
    m_ThreadPool->MoveToIdleList(this);
    if(m_ThreadPool->m_IdleList.size() > m_ThreadPool->GetAvailHighNum())
    {
m_ThreadPool->DeleteIdleThread(m_ThreadPool->m_IdleList.size()-m_T
hreadPool->GetInitNum());
    }
    m_WorkMutex.Unlock();
    }
}
void CWorkerThread::SetJob(CJob* job,void* jobdata)
{
    m_VarMutex.Lock();
    m_Job = job;
    m_JobData = jobdata;
    job->SetWorkThread(this);
    m_VarMutex.Unlock();
    m_JobCond.Signal();
}
void CWorkerThread::SetThreadPool(CThreadPool* thrpool)
{
    m_VarMutex.Lock();
    m_ThreadPool = thrpool;
  &nbs, p; m_VarMutex.Unlock();
}
当线程执行任务之前首先必须判断空闲线程的数目是否低于m_AvailLow，如果低于，则必须创建足够的空闲线程，使其数目达到m_InitNum个，然后将调用MoveToBusyList()移出空闲队列，移入忙碌队列。当任务执行完毕后，其又调用MoveToIdleList()移出忙碌队列，移入空闲队列，等待新的任务。
除了Run方法之外，CWorkerThread中另外一个重要的方法就是SetJob，该方法将实际的任务赋值给线程。当没有任何执行任务即m_Job为NULL的时候，线程将调用m_JobCond.Wait进行等待。一旦Job被赋值给线程，其将调用m_JobCond.Signal方法唤醒该线程。由于m_JobCond属于线程内部的变量，每个线程都维持一个m_JobCond，只有得到任务的线程才被唤醒，没有得到任务的将继续等待。无论一个线程何时被唤醒，其都将从等待的地方继续执行m_Job->Run(m_JobData)，这是线程执行实际任务的地方。
在线程执行给定Job期间，我们必须防止另外一个Job又赋给该线程，因此在赋值之前，通过m_VarMutex进行锁定， Job执行期间，其于的Job将不能关联到该线程；任务执行完毕，我们调用m_VarMutex.Unlock()进行解锁，此时，线程又可以接受新的执行任务。
在线程执行任务结束后返回空闲队列前，我们还需要判断当前空闲队列中的线程是否高于m_AvailHigh个。如果超过m_AvailHigh，则必须从其中删除(m_ThreadPool->m_IdleList.size()-m_ThreadPool->GetInitNum())个线程，使线程数目保持在m_InitNum个。

CJob
CJob类相对简单，其封装了任务的基本的属性和方法，其中最重要的是Run方法，代码如下：
class CJob
{
private:
    int      m_JobNo;        //The num was assigned to the job
    char*    m_JobName;      //The job name
    CThread  *m_pWorkThread;     //The thread associated with the job
public:
    CJob( void );
    virtual ~CJob();
        
    int      GetJobNo(void) const { return m_JobNo; }
    void     SetJobNo(int jobno){ m_JobNo = jobno;}
    char*    GetJobName(void) const { return m_JobName; }
    void     SetJobName(char* jobname);
    CThread *GetWorkThread(void){ return m_pWorkThread; }
    void     SetWorkThread ( CThread *pWorkThread ){
        m_pWorkThread = pWorkThread;
    }
    virtual void Run ( void *ptr ) = 0;
};
CJob::CJob(void)
:m_pWorkThread(NULL)
,m_JobNo(0)
,m_JobName(NULL)
{
}
CJob::~CJob(){
    if(NULL != m_JobName)
    free(m_JobName);
}
void CJob::SetJobName(char* jobname)
{
    if(NULL !=m_JobName)    {
        free(m_JobName);
        m_JobName = NULL;
    }
    if(NULL !=jobname)    {
        m_JobName = (char*)malloc(strlen(jobname)+1);
        strcpy(m_JobName,jobname);
    }
}
线程池使用示例
至此我们给出了一个简单的与具体任务无关的线程池框架。使用该框架非常的简单，我们所需要的做的就是派生CJob类，将需要完成的任务实现在Run方法中.
下面我们给出一个简单的示例程序
class CXJob:public CJob
{
public:
    CXJob(){i=0;}
    ~CXJob(){}
    void Run(void* jobdata)    {
        printf("The Job comes from CXJOBn");
        sleep(2);
    }
};

class CYJob:public CJob
{
public:
    CYJob(){i=0;}
    ~CYJob(){}
    void Run(void* jobdata)    {
        printf("The Job comes from CYJobn");
    }
};

main()
{
    CThreadManage* manage = new CThreadManage(10);
    for(int i=0;i
    {
        CXJob*   job = new CXJob();
        manage->Run(job,NULL);
    }
    sleep(2);
    CYJob* job = new CYJob();
    manage->Run(job,NULL);
    manage->TerminateAll();
}
CXJob和CYJob都是从Job类继承而来，其都实现了Run接口。CXJob只是简单的打印一句”The Job comes from CXJob”，CYJob也只打印”The Job comes from CYJob”，然后均休眠2秒钟。在主程序中我们初始创建10个工作线程。然后分别执行40次CXJob和一次CYJob。
线程池使用后记
线程池适合场合
事实上，线程池并不是万能的。它有其特定的使用场合。线程池致力于减少线程本身的开销对应用所产生的影响，这是有前提的，前提就是线程本身开销与线程执行任务相比不可忽略。如果线程本身的开销相对于线程任务执行开销而言是可以忽略不计的，那么此时线程池所带来的好处是不明显的，比如对于FTP服务器以及Telnet服务器，通常传送文件的时间较长，开销较大，那么此时，我们采用线程池未必是理想的方法，我们可以选择“即时创建，即时销毁”的策略。
总之线程池通常适合下面的几个场合：
(1)  单位时间内处理任务频繁而且任务处理时间短
(2)  对实时性要求较高。如果接受到任务后在创建线程，可能满足不了实时要求，因此必须采用线程池进行预创建。
(3)  必须经常面对高突发性事件，比如Web服务器，如果有足球转播，则服务器将产生巨大的冲击。此时如果采取传统方法，则必须不停的大量产生线程，销毁线程。此时采用动态线程池可以避免这种情况的发生。

结束语
本文给出了一个简单的通用的与任务无关的线程池的实现，通过该线程池能够极大的简化Linux下多线程的开发工作。该线程池的进一步完善开发工作还在进行中，希望能够得到你的建议和支持。


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u/10186/showart_266165.html