秋招日记（四）线程池实现表达

学习记录

《深入理解计算机系统》
- 第9章虚拟内存
- 第10章系统I/O
- 第11章网络编程
- 第12章并发编程

我的面试问题解答

线程池实现的一段话描述

（PS：我这个线程池的实现是参考（CV）文章后面的github项目，这里的实现描述也是我自己的理解）

线程池的核心思想就是维护一个线程容器和一个任务容器，我的线程池实现的本质是所有线程共享一个线程安全的任务队列，并在此基础上实现一个简单的生产者消费者模型。

在我的实现中我创建了一个function<void>类型的队列用来保存需要被执行的任务，让后将这个队列和一个互斥锁、一个条件变量以及一个布尔变量打包成一个结构体，其中互斥锁用来保护任务队列的线程安全、条件变量用来阻塞线程使线程处于空闲状态或通知线程处理任务，布尔变量用来关闭线程。

然后我使用了一个shared_ptr指针来管理一个任务队列结构体对象

在创建线程池时，我使用std::thread来动态创建线程。创建线程时，我将持有任务队列的shared_ptr指针传入每个线程中，使得所有线程都能拥有工作队列的所有权

每个线程的主体都是一个无限循环，循环中通过判断shared_ptr指向的任务队列是否为空，来确定是否需要执行任务，当任务队列为空时，线程会被任务队列结构体中的条件变量阻塞，当任务列表不为空时，线程取出任务并执行。
线程池实现
- 线程池是什么？
  - 线程池是一组预实例化的空闲线程，它们随时可以被分配工作。
  - 当需要完成大量短任务而不是少量长任务时，它们比为每个任务实例化新线程更可取。这可以避免多次创建线程的开销。
- 实现一个线程池的要求
  - 一种创建线程并将它们保持在空闲状态的方法。
  - 存储已创建线程的容器，如队列或任何其他能够将线程添加到池中并取出一个线程的结构。
  - 保存需要处理的任务的容器
  - 线程工作时使用的标准接口或抽象类。
- 线程池的工作流程
  - 创建一组线程，并将创建的线程放入线程池中
  - 当线程池被传递一个Task时，它从容器中获取一个线程(或者在容器为空时等待一个可用的线程)，传递给它一个Task
  - 一旦执行完成，线程将自己交还给池，将其放入容器中以供重用，然后阻塞自身，使自己处于睡眠状态，直到循环重复。
- 线程池的具体实现
  - 线程池的成员
    - 一个线程池结构体
      - 一个互斥锁 std::mutex，用来保护工作队列的线程安全
      - 一个条件变量 std::condition_variable，阻塞线程让线程保持在空闲状态
      - 一个布尔变量 bool isClosed，用来关闭线程
      - 一个function类型的队列 std::queue<std::function<void()>>，用来存放等待执行的任务
    - 一个持有线程池结构体对象的shared_ptr
  - 线程池的初始化
    - 使用std::thread循环创建线程，创建后及时分离线程（detach）
    - 线程内部是一个无限循环，当没有任务需要处理时，线程被条件变量阻塞
    - 每个线程都持有线程池结构体对象的shared_ptr指针，通过该指针，线程可以从任务队列中取出任务并执行
  - 线程池的析构
    - 将线程池结构体中的布尔变量值置为false，并使用条件变量通知所有线程，线程被唤醒后退出无限循环
  - 任务的存放与取出
    - 使用std::forward将任务完美转移到工作队列中
    - 使用条件变量通知一个线程处理