使用 C++ 手写线程池的全过程。内容包括 ThreadPool 类的设计，涉及构造函数、启动接口及任务队列管理。重点讲解了线程回调函数的实现机制，包括 Lambda 表达式捕获 this 指针及 pthread_create 的参数传递。此外，深入分析了线程池的生命周期管理，如 Stop 接口的优化逻辑，确保线程在退出前处理完剩余任务。文章还探讨了线程安全与重入性的概念区别，以及死锁产生的四个必要条件及其避免策略。最后简要说明了 STL 容器与智能指针在线程环境下的安全性问题。
线程池的核心思路与进程池类似，包含一个任务队列和若干工作线程。用户向任务队列添加任务，工作线程从队列中获取并执行。
启动线程池分为两步：创建线程对象和启动线程。在构造函数中创建 Thread 对象，传递回调函数和线程名。由于成员函数默认包含 this 指针，而封装的 Thread 类回调设计为无参无返回值，需使用 Lambda 表达式或包装器解决参数匹配问题。
ThreadPool(int threadnum = default_threadnum) : _is_running(false), _threadnum(threadnum)
{
for (int i = 0; i < _threadnum; i++)
{
std::string name = "thread-" + std::to_string(i + 1);
_threads.emplace_back([this](const std::string &name){ this->Routine(name); }, name);
}
}
构造函数创建线程完成后，调用 Start 接口启动线程，防止重复启动。
void Start()
{
if (_is_running) return;
_is_running = true;
for (auto &t : _threads)
{
t.Start();
}
}
在线程创建、启动、等待、回收等关键步骤输出日志，便于调试。
ThreadPool.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
#include <unistd.h>
#include "Thread.hpp"
#include "Mutex.hpp"
#include "Cond.hpp"
const static int default_threadnum = 3;
template<typename T>
class ThreadPool
{
private:
void Routine(const std::string &name)
{
while (1)
{
T t;
{
LockGuard lockguard(&_lock);
while (QueueIsEmpty() && _is_running)
{
_wait_thread_num++;
_cond.Wait(_lock);
_wait_thread_num--;
}
if (QueueIsEmpty() && !_is_running)
{
break;
}
t = _q.front();
_q.pop();
}
t();
}
}
public:
ThreadPool(int threadnum = default_threadnum) : _is_running(false), _threadnum(threadnum), _wait_thread_num(0)
{
for (int i = 0; i < _threadnum; i++)
{
std::string name = "thread-" + std::to_string(i + 1);
_threads.emplace_back([this](const std::string &name){ this->Routine(name); }, name);
}
}
void Start()
{
if (_is_running) return;
_is_running = true;
for (auto &t : _threads)
{
t.Start();
}
}
void Stop()
{
if (!_is_running) return;
_is_running = false;
if (_wait_thread_num)
{
_cond.NotifyAll();
}
}
void Wait()
{
for (auto &t : _threads)
{
t.Join();
}
}
void Enqueue(const T &t)
{
if (!_is_running) return;
{
LockGuard lockguard(&_lock);
_q.push(t);
if (_wait_thread_num > 0)
{
_cond.NotifyOne();
}
}
}
~ThreadPool() {}
private:
std::queue<T> _q;
std::vector<Thread> _threads;
int _threadnum;
int _wait_thread_num;
Mutex _lock;
Cond _cond;
bool _is_running;
bool QueueIsEmpty()
{
return _q.empty();
}
};
main.cpp
#include "ThreadPool.hpp"
#include <memory>
int main()
{
std::unique_ptr<ThreadPool<int>> tp = std::make_unique<ThreadPool<int>>(5);
tp->Start();
sleep(5);
tp->Stop();
tp->Wait();
return 0;
}
Thread 对象，不启动线程，不执行回调。ThreadPool::Start() 调用 Thread::Start()，底层触发 pthread_create。pthread_create 传入当前 Thread 对象指针，pthread_routine 将其强转为 Thread*，调用存储的 Lambda 函数，最终执行 ThreadPool::Routine。真正的回调函数应从任务队列获取任务并消费。访问临界资源（如任务队列）需加锁，但任务执行本身无需加锁。
void Routine(const std::string &name)
{
while (1)
{
T t;
{
LockGuard lockguard(&_lock);
while (QueueIsEmpty() && _is_running)
{
_wait_thread_num++;
_cond.Wait(_lock);
_wait_thread_num--;
}
if (QueueIsEmpty() && !_is_running)
{
break;
}
t = _q.front();
_q.pop();
}
t();
}
}
当用户往队列放入任务后，需唤醒一个休眠线程去消费。通过 _wait_thread_num 记录休眠线程数量，唤醒时通知条件变量。
void Enqueue(const T &t)
{
if (!_is_running) return;
{
LockGuard lockguard(&_lock);
_q.push(t);
if (_wait_thread_num > 0)
{
_cond.NotifyOne();
}
}
}
直接强制退出可能导致线程正在处理任务或卡在等待状态。优化方案是设置 _is_running = false 并唤醒所有休眠线程，让线程自行判断退出条件。
void Stop()
{
if (!_is_running) return;
_is_running = false;
if (_wait_thread_num)
{
_cond.NotifyAll();
}
}
线程安全：多个线程访问共享资源时能正确执行，互不干扰。通常涉及全局变量或静态变量且无锁保护时易出问题。
重入：同一函数被不同执行流调用，前一个流程未结束，另一个再次进入。若结果不受影响则为可重入函数。
死锁是指一组进程中各进程均占有不会释放的资源，因互相申请被其他进程占用的资源而处于永久等待状态。
核心思想是破坏上述一个或多个必要条件：
pthread_mutex_trylock，申请锁失败后不阻塞而是返回错误码，释放已持锁重新申请。STL 容器：默认不是线程安全的。设计初衷是极致性能，加锁会严重影响性能。多线程环境下需调用者自行保证安全。
智能指针：
unique_ptr：作用域内生效，不涉及线程安全问题。shared_ptr：引用计数变量存在线程安全问题，但标准库基于原子操作（CAS）保证引用计数的原子性，因此是线程安全的。
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