簡單Linux C線程池

http://www.cnblogs.com/venow/archive/2012/11/22/2779667.html

　大多數的網絡服務器，包括Web服務器都具有一個特點，就是單位時間內必須處理數目巨大的連接請求，但是處理時間卻是比較短的。在傳統的多線程服務器模型中是這樣實現的：一旦有個請求到達，就創建一個新的線程，由該線程執行任務，任務執行完畢之后，線程就退出。這就是"即時創建，即時銷毀"的策略。盡管與創建進程相比，創建線程的時間已經大大的縮短，但是如果提交給線程的任務是執行時間較短，而且執行次數非常頻繁，那么服務器就將處于一個不停的創建線程和銷毀線程的狀態。這筆開銷是不可忽略的，尤其是線程執行的時間非常非常短的情況。

　　線程池就是為了解決上述問題的，它的實現原理是這樣的：在應用程序啟動之后，就馬上創建一定數量的線程，放入空閑的隊列中。這些線程都是處于阻塞狀態，這些線程只占一點內存，不占用CPU。當任務到來后，線程池將選擇一個空閑的線程，將任務傳入此線程中運行。當所有的線程都處在處理任務的時候，線程池將自動創建一定的數量的新線程，用于處理更多的任務。執行任務完成之后線程并不退出，而是繼續在線程池中等待下一次任務。當大部分線程處于阻塞狀態時，線程池將自動銷毀一部分的線程，回收系統資源。

　　下面是一個簡單線程池的實現，這個線程池的代碼是我參考網上的一個例子實現的，由于找不到出處了，就沒辦法注明參考自哪里了。它的方案是這樣的：程序啟動之前，初始化線程池，啟動線程池中的線程，由于還沒有任務到來，線程池中的所有線程都處在阻塞狀態，當一有任務到達就從線程池中取出一個空閑線程處理，如果所有的線程都處于工作狀態，就添加到隊列，進行排隊。如果隊列中的任務個數大于隊列的所能容納的最大數量，那就不能添加任務到隊列中，只能等待隊列不滿才能添加任務到隊列中。

　　主要由兩個文件組成一個threadpool.h頭文件和一個threadpool.c源文件組成。源碼中已有重要的注釋，就不加以分析了。

　　threadpool.h文件：

復制代碼
struct job
{void* (*callback_function)(void *arg);    //線程回調函數void *arg;                                //回調函數參數struct job *next;
};struct threadpool
{int thread_num;                   //線程池中開啟線程的個數int queue_max_num;                //隊列中最大job的個數struct job *head;                 //指向job的頭指針struct job *tail;                 //指向job的尾指針pthread_t *pthreads;              //線程池中所有線程的pthread_tpthread_mutex_t mutex;            //互斥信號量pthread_cond_t queue_empty;       //隊列為空的條件變量pthread_cond_t queue_not_empty;   //隊列不為空的條件變量pthread_cond_t queue_not_full;    //隊列不為滿的條件變量int queue_cur_num;                //隊列當前的job個數int queue_close;                  //隊列是否已經關閉int pool_close;                   //線程池是否已經關閉
};//================================================================================================
//函數名：                   threadpool_init
//函數描述：                 初始化線程池
//輸入：                    [in] thread_num     線程池開啟的線程個數
//                         [in] queue_max_num  隊列的最大job個數 
//輸出：                    無
//返回：                    成功：線程池地址 失敗：NULL
//================================================================================================
struct threadpool* threadpool_init(int thread_num, int queue_max_num);//================================================================================================
//函數名：                    threadpool_add_job
//函數描述：                  向線程池中添加任務
//輸入：                     [in] pool                  線程池地址
//                          [in] callback_function     回調函數
//                          [in] arg                     回調函數參數
//輸出：                     無
//返回：                     成功：0 失敗：-1
//================================================================================================
int threadpool_add_job(struct threadpool *pool, void* (*callback_function)(void *arg), void *arg);//================================================================================================
//函數名：                    threadpool_destroy
//函數描述：                   銷毀線程池
//輸入：                      [in] pool                  線程池地址
//輸出：                      無
//返回：                      成功：0 失敗：-1
//================================================================================================
int threadpool_destroy(struct threadpool *pool);//================================================================================================
//函數名：                    threadpool_function
//函數描述：                  線程池中線程函數
//輸入：                     [in] arg                  線程池地址
//輸出：                     無  
//返回：                     無
//================================================================================================
void* threadpool_function(void* arg);
復制代碼

　　threadpool.c文件：

復制代碼
#include "threadpool.h"struct threadpool* threadpool_init(int thread_num, int queue_max_num)
{struct threadpool *pool = NULL;do {pool = malloc(sizeof(struct threadpool));if (NULL == pool){printf("failed to malloc threadpool!\n");break;}pool->thread_num = thread_num;pool->queue_max_num = queue_max_num;pool->queue_cur_num = 0;pool->head = NULL;pool->tail = NULL;if (pthread_mutex_init(&(pool->mutex), NULL)){printf("failed to init mutex!\n");break;}if (pthread_cond_init(&(pool->queue_empty), NULL)){printf("failed to init queue_empty!\n");break;}if (pthread_cond_init(&(pool->queue_not_empty), NULL)){printf("failed to init queue_not_empty!\n");break;}if (pthread_cond_init(&(pool->queue_not_full), NULL)){printf("failed to init queue_not_full!\n");break;}pool->pthreads = malloc(sizeof(pthread_t) * thread_num);if (NULL == pool->pthreads){printf("failed to malloc pthreads!\n");break;}pool->queue_close = 0;pool->pool_close = 0;int i;for (i = 0; i < pool->thread_num; ++i){pthread_create(&(pool->pthreads[i]), NULL, threadpool_function, (void *)pool);}return pool;    } while (0);return NULL;
}int threadpool_add_job(struct threadpool* pool, void* (*callback_function)(void *arg), void *arg)
{assert(pool != NULL);assert(callback_function != NULL);assert(arg != NULL);pthread_mutex_lock(&(pool->mutex));while ((pool->queue_cur_num == pool->queue_max_num) && !(pool->queue_close || pool->pool_close)){pthread_cond_wait(&(pool->queue_not_full), &(pool->mutex));   //隊列滿的時候就等待
    }if (pool->queue_close || pool->pool_close)    //隊列關閉或者線程池關閉就退出
    {pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));return -1;}struct job *pjob =(struct job*) malloc(sizeof(struct job));if (NULL == pjob){pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));return -1;} pjob->callback_function = callback_function;    pjob->arg = arg;pjob->next = NULL;if (pool->head == NULL)   {pool->head = pool->tail = pjob;pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_not_empty));  //隊列空的時候，有任務來時就通知線程池中的線程：隊列非空
    }else{pool->tail->next = pjob;pool->tail = pjob;    }pool->queue_cur_num++;pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));return 0;
}void* threadpool_function(void* arg)
{struct threadpool *pool = (struct threadpool*)arg;struct job *pjob = NULL;while (1)  //死循環
    {pthread_mutex_lock(&(pool->mutex));while ((pool->queue_cur_num == 0) && !pool->pool_close)   //隊列為空時，就等待隊列非空
        {pthread_cond_wait(&(pool->queue_not_empty), &(pool->mutex));}if (pool->pool_close)   //線程池關閉，線程就退出
        {pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));pthread_exit(NULL);}pool->queue_cur_num--;pjob = pool->head;if (pool->queue_cur_num == 0){pool->head = pool->tail = NULL;}else {pool->head = pjob->next;}if (pool->queue_cur_num == 0){pthread_cond_signal(&(pool->queue_empty));        //隊列為空，就可以通知threadpool_destroy函數，銷毀線程函數
        }if (pool->queue_cur_num == pool->queue_max_num - 1){pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_not_full));  //隊列非滿，就可以通知threadpool_add_job函數，添加新任務
        }pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));(*(pjob->callback_function))(pjob->arg);   //線程真正要做的工作，回調函數的調用
        free(pjob);pjob = NULL;    }
}
int threadpool_destroy(struct threadpool *pool)
{assert(pool != NULL);pthread_mutex_lock(&(pool->mutex));if (pool->queue_close || pool->pool_close)   //線程池已經退出了，就直接返回
    {pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));return -1;}pool->queue_close = 1;        //置隊列關閉標志while (pool->queue_cur_num != 0){pthread_cond_wait(&(pool->queue_empty), &(pool->mutex));  //等待隊列為空
    }    pool->pool_close = 1;      //置線程池關閉標志pthread_mutex_unlock(&(pool->mutex));pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_not_empty));  //喚醒線程池中正在阻塞的線程pthread_cond_broadcast(&(pool->queue_not_full));   //喚醒添加任務的threadpool_add_job函數int i;for (i = 0; i < pool->thread_num; ++i){pthread_join(pool->pthreads[i], NULL);    //等待線程池的所有線程執行完畢
    }pthread_mutex_destroy(&(pool->mutex));          //清理資源pthread_cond_destroy(&(pool->queue_empty));pthread_cond_destroy(&(pool->queue_not_empty));   pthread_cond_destroy(&(pool->queue_not_full));    free(pool->pthreads);struct job *p;while (pool->head != NULL){p = pool->head;pool->head = p->next;free(p);}free(pool);return 0;
}
復制代碼

　　測試文件main.c文件：

復制代碼
#include "threadpool.h"void* work(void* arg)
{char *p = (char*) arg;printf("threadpool callback fuction : %s.\n", p);sleep(1);
}int main(void)
{struct threadpool *pool = threadpool_init(10, 20);threadpool_add_job(pool, work, "1");threadpool_add_job(pool, work, "2");threadpool_add_job(pool, work, "3");threadpool_add_job(pool, work, "4");threadpool_add_job(pool, work, "5");threadpool_add_job(pool, work, "6");threadpool_add_job(pool, work, "7");threadpool_add_job(pool, work, "8");threadpool_add_job(pool, work, "9");threadpool_add_job(pool, work, "10");threadpool_add_job(pool, work, "11");threadpool_add_job(pool, work, "12");threadpool_add_job(pool, work, "13");threadpool_add_job(pool, work, "14");threadpool_add_job(pool, work, "15");threadpool_add_job(pool, work, "16");threadpool_add_job(pool, work, "17");threadpool_add_job(pool, work, "18");threadpool_add_job(pool, work, "19");threadpool_add_job(pool, work, "20");threadpool_add_job(pool, work, "21");threadpool_add_job(pool, work, "22");threadpool_add_job(pool, work, "23");threadpool_add_job(pool, work, "24");threadpool_add_job(pool, work, "25");threadpool_add_job(pool, work, "26");threadpool_add_job(pool, work, "27");threadpool_add_job(pool, work, "28");threadpool_add_job(pool, work, "29");threadpool_add_job(pool, work, "30");threadpool_add_job(pool, work, "31");threadpool_add_job(pool, work, "32");threadpool_add_job(pool, work, "33");threadpool_add_job(pool, work, "34");threadpool_add_job(pool, work, "35");threadpool_add_job(pool, work, "36");threadpool_add_job(pool, work, "37");threadpool_add_job(pool, work, "38");threadpool_add_job(pool, work, "39");threadpool_add_job(pool, work, "40");sleep(5);threadpool_destroy(pool);return 0;
}
復制代碼

　　用gcc編譯，運行就可以看到效果，1到40個回調函數分別被執行。


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