主要目的

主要是在linux下C语言代码实现线程池，关于链表的操作，多线程，以及多线程锁、条件变量等知识点请自行参考其他博客。

线程池

使用场景

高性能服务器处理大量客户端的情景，比如火车售票系统，购物网，炒股网站等。

为什么使用线程池

想想在一个百万级客户端使用的服务器，客户集中在某个时刻访问服务器，服务器是否在某一时刻为所有客户开启一个线程去处理任务，显然不现实，比如1W个客户同时访问服务器，以posix来说，每个线程需要的内存资源在8M左右，那么1w个需要多少内存？

线程池作用

前文说了为什么要使用线程池，那么线程池的主要作用除了上面说的避免线程太多，导致服务器内存耗尽。那么另外创建线程的另外2个作用是：避免创建于销毁线程的代价和任务与执行分离的作用
或许有的朋友对任务与执行分离感到疑惑，那么举个简单例子吧。对于游戏服务器来说，某个时刻有大量客户登录，这时候需要将所有的客户的登录信息（登录时间等）记录下来，这些信息是需要记录到数据库文件的。我们知道，磁盘写入和内存读写相比，是很慢的，那么我们只需要在主线程告诉某个客户登录了，然后将客户登录的信息记录到数据库由线程池来实现写入。这就是任务与执行分离的一个例子。

生活例子来说明线程池

我们以银行办理业务来说明线程池，通过这个例子我们可以知道线程池的主要数据结构。
银行为客户办理业务的过程中，主要有客户任务、柜员、公示牌(排队号)3个角色，客户是办理业务的，因此对应于线程要执行的任务，柜员为客户服务，即柜员是线程池中线程的概念，公示牌的作用是连接柜员与办理业务的桥梁，主要的作用是柜员呼叫客户的标志。在深入一点，我们将客户的任务当做线程中的临界资源，所有的柜员都有机会去为某个客户办理服务， 这取决于柜员当前是否处于忙碌中，我们可以将柜员的服务过程用伪代码来表示

while(1)
{
加锁
while(当前没有客户)
{
释放锁，让公示牌有机会去增加客户号码
（如果这里不释放锁，那么就会造成死锁）
摸鱼中....
当银行来客户了，那么柜员就呼叫客户去服务
（这里要注意，是所有柜员去争夺这个客户，
当然现实柜员没有那么认真，一个柜员去服务即可，
想象力更丰富一点，洗脚店...多个技师就你一个客户...）
如果柜员中途有事或者被银行经理叫走，
那么应该直接将自己服务的标志设置为停止，
并且将自己从线程池中取出，直接退出循环
加锁（我抢到了这个客户，其他柜员不允许为其服务）
}
从任务列表中取出一个任务（该客户的号码不会
出现等待队列中，被其他柜员呼叫）
释放锁
为取出的任务服务。
}
释放自身的线程资源

不知道你们对上面的伪代码是否能理解上文的代码，是否可以根据上文的描述，知道使用C语言的相关代码来描述柜员（即线程）的主要逻辑。
通过上面的描述，我们知道了得到了线程池中主要需要3个结构体：
(1) 执行队列(线程的概念): 对应柜员
(2）任务队列: 对应客户任务
(3）管理组件(线程池)：对应公示牌
先来的客户先服务，我们将所有的客户进行排队，因此想到任务结构体应该使用队列的形式来表示，所有的柜员使用链表来表示，为了代码的简单性，将柜员和客户都使用双向链表表示，公示牌是连接二者的桥梁，因此应该具有线程和任务，在数据结构中即是将2个对象放入到线程池中，在后面的代码很容易理解。另外，银行服务分为VIP客户和普通客户，那么我们知道柜员被分为2类，即有2种线程池，一类线程池（服务VIP的柜员），一类线程池（服务普通客户的柜员），因此在线程的结构中还应该有线程池的对象。因此如果任务有优先级的特性，还应该使用多种线程池（这是自我理解，可能是错误的）

线程池主要API

一般线程池在一个软件中，是作为基础组件为上层服务的，那么实现一个线程池需要实现哪些API供上层调用呢？
（1）首先，我们从线程池的名字可以看出，线程池是由一些线程构成的，通常，我们在使用线程之前，需要创建线程，那么肯定线程池也少不了初始化的功能，其包括了创建线程的功能，初始化锁和条件变量等
（2）其次，线程池的主要功能是告诉线程有任务执行，因此必须要有一个接口用于插入任务的接口。
（3）有创建，那当然少不了释放线程池的接口
其次，像获取线程的个数，或者空闲线程都是一些为线程池锦上添花的一些功能，在我们的代码中没有实现。

代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
//以银行办理业务来说明
//柜员的处理--对应线程（执行）逻辑
//客户的任务--对应任务
//所有柜员-对应执行队列
//所有客户的任务-对应任务队列
//要明白客户的任务相对于柜员是临界资源，柜员叫号就相当于去争取资源。
//公示牌-对应线程池（通知某个客户到某个柜员处办理业务-
//柜员主要去拉客户的任务来执行
//--对应任务的线程池来说就是某一个线程会在某一时刻去执行任务
//执行队列
typedef struct NWORKER
{
pthread_t id;
//线程id（用来控制线程）
int terminate; //是否停止的标志
struct NWORKER *prev;
struct NWORKER *next;
struct NTHREADPOLL *pool; //线程所属的线程池
} nworker;
//任务队列
typedef struct NJOB
{
void *user_data;用来做任务的参数
void (*job_func)(struct NJOB *job);//任务执行的函数指针
struct NJOB *prev;
struct NJOB *next;
} njob;
//(管理组件)线程池
typedef struct NTHREADPOLL
{
pthread_mutex_t mutex;
//线程锁（为了使任务有序的执行）
//条件变量(等待任务的到来的变量，如果没有任务时，会释放锁，
//有任务时，又会去争夺任务)
pthread_cond_t cond;
struct NWORKER *workers; //执行队列（指向首节点）
struct NJOB *njobs;
//任务队列（指向首节点）
} nthreadpoll;
//头插法-插入结点
//(list)加()是保证*的优先于->，否则不会得到正确的结果
#define LL_ADD(item, list)

do

{

item->prev = NULL;

item->next = (list);

if ((list) != NULL)

(list)->prev = item; 
(list) = item;

} while (0);
//删除结点（不释放内存）
#define LL_REMOVE(item, list)

do

{

if (item->prev != NULL)

item->prev->next = item->next; 
if (item->next != NULL)

item->next->prev = item->prev; 
if (item == (list))

(list) = (list)->next;

item->next = item->prev = NULL;

} while (0);
/**
* @description: 线程的回调逻辑
*（银行柜员的工作逻辑：有客户就为客户执行任务，没有客户就等待客户来）
* @param {*arg worker}
* @return {*}
*/
void *thread_callback(void *arg)
{
nworker *worker = (nworker *)arg;
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&worker->pool->mutex);
while (worker->pool->njobs == NULL)
{ //没有执行的任务
if (worker->terminate)
break;
pthread_cond_wait(&worker->pool->cond,
&worker->pool->mutex);
}
//柜员下班或者中途有事，释放自己占有的资源（客户的任务）
//让其他柜员去执行
if (worker->terminate)//
{
pthread_mutex_unlock(&worker->pool->mutex);
break;
}
struct NJOB *job = worker->pool->njobs;//取出队列首任务
if(job)
{
LL_REMOVE(job, worker->pool->njobs);
}
pthread_mutex_unlock(&worker->pool->mutex);
//暂时不清楚这里为啥还要判断！ 
//老师讲的是如果有一个任务，有多个线程去争夺，
//可能njob *job = worker->poll->njobs取出来时为空
//那么pthread_cond_wait在释放锁时，资源被其他线程争夺了，
//任务队列再次为空，
//那么上面的while (!worker->poll->njobs)会往下走吗？
//难道是pthread_cond_wait还没加锁
//完成时，这时候while循环判断不为空，
//其他线程执行了 njob *job = worker->poll->njobs，这样
//导致该线程执行 njob *job = worker->poll->njobs为空？
if(!job) continue;
执行任务(这里的job一定不会被其他线程获取到，
//因为前面使用LL_REMOVE从任务队列中删除了)
job->job_func(job);//参数也是自己
}
free(worker);//释放线程内存空间
}
/**
* @description:
* @param {poll 要创建的线程池对象}
* @param {thread_num 要创建的线程数量}
* @return {成功创建线程的个数，小于0为错误}}
*/
int pthreadpool_create(nthreadpoll *pool, int thread_num)
{
//参数判断
if (!pool)
return -1;
memset(pool, 0, sizeof(nthreadpoll)); //
if (thread_num < 1)
thread_num = 1;
//初始化poll参数
// cond
pthread_cond_t blank_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
memcpy(&pool->cond, &blank_cond, sizeof(pthread_cond_t));
//metex
pthread_mutex_t blank_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
memcpy(&pool->mutex, &blank_mutex, sizeof(pthread_mutex_t));
//构造线程
int idx;
for (idx = 0; idx < thread_num; idx++)
{
nworker *worker = (nworker *)malloc(sizeof(nworker));
if (worker == NULL)
{
perror("malloc worker error!");
return idx;
}
memset(worker, 0, sizeof(nworker));
worker->pool = pool;
int ret = pthread_create(&worker->id, NULL,
thread_callback, worker);
if (ret)
{
perror("pthread create error!");
//释放最后一个分配poll失败的空间，
//前面的线程都创建成功了，不用释放空间。
free(worker);
return idx;
//
}
LL_ADD(worker, pool->workers);
}
return idx;
}
//往线程池丢任务
int pthreadpool_push_task(nthreadpoll *pool, njob *njob)
{
pthread_mutex_lock(&pool->mutex);
LL_ADD(njob, pool->njobs);
//通知等待的线程，已经有任务可以执行了
pthread_cond_signal(&pool->cond);
pthread_mutex_unlock(&pool->mutex);
return 0;
}
//释放线程池资源
int pthreadpool_destory(nthreadpoll *pool)
{
nworker *worker = NULL;
for(worker = pool->workers; worker != NULL;
worker = pool->workers->next)
{
worker->terminate = 1;
}
pthread_mutex_lock(&pool->mutex);
//广播给所有线程，告诉他们应该停止工作，释放自己的空间
pthread_cond_broadcast(&pool->cond);
pthread_mutex_unlock(&pool->mutex);
return 0;
}
//debug 以下是测试代码
#define TASK_COUNT 1000
//要完成的任务
void counter(struct NJOB *job)
{
if (job == NULL) return ;
int idx = *(int*)job->user_data;
printf("idx : %d, selfid: %lun", idx, pthread_self());
free(job->user_data);
free(job);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int thread_num = 50;
nthreadpoll pool = {0};
pthreadpool_create(&pool, thread_num);
int idx;
for(idx = 0; idx < TASK_COUNT; ++idx)
{
njob *job = (njob *)malloc(sizeof(njob));
if(job == NULL) exit(0);
job->job_func = counter;
//任务的参数需要在其他函数中使用，需要在堆上分配内存
job->user_data = malloc(sizeof(int));
*(int *)(job->user_data) = idx;//任务编号
pthreadpool_push_task(&pool, job);
}
getchar();
pthreadpool_destory(&pool);
return 0;
}

代码说明

代码来源：腾讯课堂-零声学院king老师（尊重他人成果，不是为了该学院打广告）
个人感觉代码不合理的地方：任务队列使用头插法的双链表感觉不合适，使用队列更合适，或者使用尾插法也可以。否则可能会导致后来的请求被先执行的问题，不过这里保证任务不丢失特性即可

支持多系统的线程池代码:多平台的线程池代码版本

最后

以上就是积极宝贝为你收集整理的Linux C实现线程池主要目的线程池生活例子来说明线程池线程池主要API代码实现代码说明的全部内容，希望文章能够帮你解决Linux C实现线程池主要目的线程池生活例子来说明线程池线程池主要API代码实现代码说明所遇到的程序开发问题。

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