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c++中怎么实现一个简单的线程池_线程池的设计原理与代码实现

穿越時空

发布： 2025-10-01 15:09:02

原创

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线程池通过预先创建线程并复用以减少开销，提升并发效率。1. 核心组件包括工作线程、任务队列、互斥锁、条件变量和控制开关。2. 任务提交后由空闲线程执行，借助条件变量唤醒线程。3. C++实现使用std::thread、std::queue、std::mutex和std::condition_variable。4. 示例代码展示4线程池处理10任务，输出显示线程复用。5. 可优化方向：支持返回值、动态扩容、优先级队列和异常处理。

c++中怎么实现一个简单的线程池_线程池的设计原理与代码实现

线程池的核心思想是预先创建一批线程，避免频繁创建和销毁线程带来的开销。任务提交后由空闲线程处理，提升程序并发效率。C++中可通过标准库的 std::thread、std::queue、std::mutex 和 std::condition_variable 实现一个简单高效的线程池。

线程池的基本设计原理

线程池包含以下几个关键组件：

工作线程集合：启动固定数量的线程并保持运行，等待任务分配。
任务队列：存放待执行的任务（通常为函数对象），线程从队列中取任务执行。
互斥锁（mutex）：保护任务队列，防止多线程同时访问导致数据竞争。
条件变量（condition_variable）：用于通知空闲线程有新任务到达。
控制开关：标志线程池是否关闭，决定线程是否继续等待任务。

当用户提交任务时，任务被加入队列，条件变量通知一个线程唤醒并执行任务。线程执行完后继续等待下一次通知。

代码实现：一个简单的C++线程池

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <thread>
#include <functional>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

class ThreadPool {
private:
    std::vector<std::thread> workers;
    std::queue<std::function<void()>> tasks;
    std::mutex task_mutex;
    std::condition_variable cv;
    bool stop = false;

public:
    // 构造函数：启动n个线程
    ThreadPool(int n) {
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            workers.emplace_back([this] {
                while (true) {
                    std::function<void()> task;
                    {
                        std::unique_lock<std::mutex> lock(task_mutex);
                        cv.wait(lock, [this] { return stop || !tasks.empty(); });
                        if (stop && tasks.empty()) return;
                        task = std::move(tasks.front());
                        tasks.pop();
                    }
                    task();
                }
            });
        }
    }

    // 提交任务（支持任意可调用对象）
    template<class F>
    void enqueue(F&& f) {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(task_mutex);
            tasks.emplace(std::forward<F>(f));
        }
        cv.notify_one();
    }

    // 析构函数：清理所有线程
    ~ThreadPool() {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(task_mutex);
            stop = true;
        }
        cv.notify_all();
        for (std::thread& t : workers) {
            t.join();
        }
    }
};

使用示例

下面是一个简单的测试代码，展示如何使用该线程池：

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int main() {
    ThreadPool pool(4); // 创建4个线程的线程池

    // 提交10个任务
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        pool.enqueue([i] {
            std::cout << "执行任务 " << i << "，线程ID: " << std::this_thread::get_id() << "\n";
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        });
    }

    return 0; // 线程池析构时自动等待并回收线程
}

输出会显示不同任务由不同线程执行，且总共只创建了4个线程。