线程池：一个锁，两个条件变量，循环队列

为什么要有线程池？

????????以网络编程服务器端为例,作为服务器端支持高并发,可以有多个客户端连接,发出请求,对于多个请求我们每次都去建立线程,这样线程会创建很多,而且线程执行完销毁也会有很大的系统开销,使用上效率很低。

??????线程池是一个抽象概念，可以简单的认为若干线程在一起运行，线程不退出，等待有任务处理。线程池，事先创建几个线程，不停取任务,如果没有任务休眠，省去了不停的创建线程销毁销毁线程的事件和资源。

线程设计思想：一个锁，两个条件变量，循环队列

????????我们也知道创建线程并非多多益善，所以我们的思路是提前创建好若干个线程，不退出，等待任务的产生，去接收任务处理后等待下一个任务。

线程们通过生产者和消费者模型去协调接收任务并且处理。

线程池上的线程利用回调机制，我们同样可以借助结构体的方式，对任务进行封装，比如任务的数据和任务处理回调都封装在结构体上，这样线程池的工作线程拿到任务的同时，也知道该如何执行了。

????????注意:?线程池处理的任务, 所需要处理的时间必须很短

• 1、任务队列需要上锁

????????线程创建后会并发地取任务，有可能造成多个线程争夺一个任务。所以我们需要给任务队列上锁，同一时间只允许一个线程或许任务。（生产者-消费者模式）

• 2、队列为空需要条件变量

? ? ? ? 当任务队列为空时，线程们取不到任务，会频繁访问队列锁（开锁后，没任务，只能退出解锁），浪费大量系统资源。所以需要一个队列为空的条件变量，当队列为空时，自动阻塞一个线程，直到有任务添加到队列时为止?。

• 3、队列为满需要条件变量

? ? ? ? 当任务队列为满时，线程池已经无法接纳新的任务，则需要通知添加任务的线程阻塞等待。

代码：

typedef struct _PoolTask
{
    int tasknum;//模拟任务编号
    void *arg;//回调函数参数
    void (*task_func)(void *arg);//任务的回调函数


}PoolTask ;

typedef struct _ThreadPool
{
    int max_job_num;//最大任务个数
    int job_num;//实际任务个数
    PoolTask *tasks;//任务队列数组
    int job_push;//入队位置
    int job_pop;// 出队位置

    int thr_num;//线程池内线程个数
    pthread_t *threads;//线程池内线程数组
    int shutdown;//是否关闭线程池
    pthread_mutex_t pool_lock;//线程池的锁
    pthread_cond_t empty_task;//任务队列为空的条件,（任务队列可以容纳任务）
    pthread_cond_t not_empty_task;//任务队列不为空的条件，（任务队列有任务，线程可以提取）

}ThreadPool;

//简易版线程池
#include "threadpoolsimple.h"

ThreadPool *thrPool = NULL;

int beginnum = 1000;//模拟任务编号，初始编号1000

void *thrRun(void *arg)
{
    //printf("begin call %s-----\n",__FUNCTION__);
    ThreadPool *pool = (ThreadPool*)arg;
    int taskpos = 0;//任务位置
    PoolTask *task = (PoolTask *)malloc(sizeof(PoolTask));

    while(1)
	{
        //获取任务，先要尝试加锁
        pthread_mutex_lock(&thrPool->pool_lock);

		//无任务并且线程池不是要摧毁
        while(thrPool->job_num <= 0 && !thrPool->shutdown )
		{
			//如果没有任务，线程会阻塞
            pthread_cond_wait(&thrPool->not_empty_task,&thrPool->pool_lock);
        }
        
        if(thrPool->job_num)
		{
            //有任务需要处理
            taskpos = (thrPool->job_pop++)%thrPool->max_job_num;
            //printf("task out %d...tasknum===%d tid=%lu\n",taskpos,thrPool->tasks[taskpos].tasknum,pthread_self());
			//为什么要拷贝？避免任务被修改，生产者会添加任务（循环队列，后来任务可能会覆盖原来位置）
            memcpy(task,&thrPool->tasks[taskpos],sizeof(PoolTask));
            task->arg = task;
            thrPool->job_num--;
            //task = &thrPool->tasks[taskpos];不能使用任务队列空间（循环队列，后来任务可能会覆盖原来位置）
            pthread_cond_signal(&thrPool->empty_task);//通知生产者
        }

        if(thrPool->shutdown)
		{
            //代表要摧毁线程池，此时线程退出即可
            //pthread_detach(pthread_self());//临死前分家
            pthread_mutex_unlock(&thrPool->pool_lock);
            free(task);
			pthread_exit(NULL);
        }

        //释放锁
        pthread_mutex_unlock(&thrPool->pool_lock);
        task->task_func(task->arg);//执行回调函数
    }
    
    //printf("end call %s-----\n",__FUNCTION__);
}

//创建线程池
/*typedef struct _ThreadPool
{
    int max_job_num;//最大任务个数
    int job_num;//实际任务个数
    PoolTask *tasks;//任务队列数组
    int job_push;//入队位置
    int job_pop;// 出队位置

    int thr_num;//线程池内线程个数
    pthread_t *threads;//线程池内线程数组
    int shutdown;//是否关闭线程池
    pthread_mutex_t pool_lock;//线程池的锁
    pthread_cond_t empty_task;//任务队列为空的条件
    pthread_cond_t not_empty_task;//任务队列不为空的条件

}ThreadPool;
*/
void create_threadpool(int thrnum,int maxtasknum)
{
    printf("begin call %s-----\n",__FUNCTION__);
    thrPool = (ThreadPool*)malloc(sizeof(ThreadPool));

    thrPool->thr_num = thrnum;
    thrPool->max_job_num = maxtasknum;
    thrPool->shutdown = 0;//是否摧毁线程池，1代表摧毁
    thrPool->job_push = 0;//任务队列添加的位置
    thrPool->job_pop = 0;//任务队列出队的位置
    thrPool->job_num = 0;//初始化的任务个数为0

    thrPool->tasks = (PoolTask*)malloc((sizeof(PoolTask)*maxtasknum));//申请最大的任务队列

    //初始化锁和条件变量
    pthread_mutex_init(&thrPool->pool_lock,NULL);
    pthread_cond_init(&thrPool->empty_task,NULL);
    pthread_cond_init(&thrPool->not_empty_task,NULL);

    int i = 0;
    thrPool->threads = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t)*thrnum);//申请n个线程id的空间
	
	pthread_attr_t attr;
	pthread_attr_init(&attr);
	pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
    for(i = 0;i < thrnum;i++)
	{
        pthread_create(&thrPool->threads[i],&attr,thrRun,(void*)thrPool);//创建多个线程
    }
    //printf("end call %s-----\n",__FUNCTION__);
}
//摧毁线程池
void destroy_threadpool(ThreadPool *pool)
{
    pool->shutdown = 1;//开始自爆
    pthread_cond_broadcast(&pool->not_empty_task);//诱杀线程 

    int i = 0;
    for(i = 0; i < pool->thr_num ; i++)
	{
        pthread_join(pool->threads[i],NULL);
    }

    pthread_cond_destroy(&pool->not_empty_task);
    pthread_cond_destroy(&pool->empty_task);
    pthread_mutex_destroy(&pool->pool_lock);

    free(pool->tasks);
    free(pool->threads);
    free(pool);
}

//添加任务到线程池
void addtask(ThreadPool *pool)
{
    //printf("begin call %s-----\n",__FUNCTION__);
    pthread_mutex_lock(&pool->pool_lock);

	//实际任务总数大于最大任务个数则阻塞等待(等待任务被处理),池里没有线程了
    while(pool->max_job_num <= pool->job_num)
	{
        pthread_cond_wait(&pool->empty_task,&pool->pool_lock);
    }

    int taskpos = (pool->job_push++)%pool->max_job_num; //任务队列使用循环队列
    //printf("add task %d  tasknum===%d\n",taskpos,beginnum);
    pool->tasks[taskpos].tasknum = beginnum//模拟任务编号
    pool->tasks[taskpos].arg = (void*)&pool->tasks[taskpos];
    pool->tasks[taskpos].task_func = taskRun;
    pool->job_num++;

    pthread_mutex_unlock(&pool->pool_lock);

    pthread_cond_signal(&pool->not_empty_task);//通知包身工
    //printf("end call %s-----\n",__FUNCTION__);
}
/*typedef struct _PoolTask
{
    int tasknum;//模拟任务编号
    void *arg;//回调函数参数
    void (*task_func)(void *arg);//任务的回调函数
    int fd;
    int epfd;
    struct epoll_event *evs;

}PoolTask ;
*/

//任务回调函数
void taskRun(void *arg)
{
    PoolTask *task = (PoolTask*)arg;
    int num = task->tasknum;
    printf("task %d is runing %lu\n",num,pthread_self());

    sleep(1);
    printf("task %d is done %lu\n",num,pthread_self());
}


int main()
{
    create_threadpool(3,20);
    int i = 0;
    for(i = 0;i < 50 ; i++)
	{
        addtask(thrPool);//模拟添加任务
    }

    sleep(20);
    destroy_threadpool(thrPool);

    return 0;
}

#ifndef _THREADPOOL_H
#define _THREADPOOL_H

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "sys/epoll.h"
#include "wrap.h"

typedef struct _PoolTask
{
    int tasknum;//模拟任务编号
    void *arg;//回调函数参数
    void (*task_func)(void *arg);//任务的回调函数

}PoolTask ;

typedef struct _ThreadPool
{
    int max_job_num;//最大任务个数
    int job_num;//实际任务个数
    PoolTask *tasks;//任务队列数组
    int job_push;//入队位置
    int job_pop;// 出队位置

    int thr_num;//线程池内线程个数
    pthread_t *threads;//线程池内线程数组
    int shutdown;//是否关闭线程池
    pthread_mutex_t pool_lock;//线程池的锁
    pthread_cond_t empty_task;//任务队列为空的条件,（任务队列可以容纳任务）
    pthread_cond_t not_empty_task;//任务队列不为空的条件，（任务队列有任务，线程可以提取）

}ThreadPool;

void create_threadpool(int thrnum,int maxtasknum);//创建线程池--thrnum  代表线程个数，maxtasknum 最大任务个数
void destroy_threadpool(ThreadPool *pool);//摧毁线程池
void addtask(ThreadPool *pool);//添加任务到线程池
void taskRun(void *arg);//任务回调函数

#endif

优化：可以依据任务队列中任务数量，灵活开辟和释放线程池线程。