利用C++語(yǔ)言設(shè)計(jì)可擴(kuò)展線程池

Hugo801122

　　摘要：在各種業(yè)務(wù)解決方案的設(shè)計(jì)中，服務(wù)器處理任務(wù)的效率是衡量方案優(yōu)劣的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。使用多線程技術(shù)并發(fā)處理任務(wù)是提高服務(wù)器效率的一個(gè)主要手段。但是頻繁的線程創(chuàng)建、銷毀和任務(wù)的分配也會(huì)降低系統(tǒng)效率。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的線程池，根據(jù)不同服務(wù)器所處理的任務(wù)的特點(diǎn)，可以設(shè)置對(duì)應(yīng)的線程池參數(shù)，最大幅度的提高系統(tǒng)性能。
　　關(guān)鍵字：線程池多線程任務(wù)虛函數(shù)異常
　　概述
　　在各種業(yè)務(wù)解決方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，服務(wù)器處理任務(wù)的效率往往決定了方案的成敗。多線程處理任務(wù)是提高服務(wù)器效率的主要手段，它提高了對(duì)服務(wù)器資源的利用，使得任務(wù)可以并發(fā)處理。但如果服務(wù)器處理的任務(wù)的特點(diǎn)是輕量級(jí)、頻率高，那么線程的創(chuàng)建與銷毀會(huì)非常頻繁，而系統(tǒng)用于處理線程的創(chuàng)建與銷毀的開(kāi)銷會(huì)占相當(dāng)大的比重，反而降低了系統(tǒng)的效率。通過(guò)線程池技術(shù)，可以減少頻繁的線程的創(chuàng)建與銷毀對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
　　線程池是預(yù)先創(chuàng)建線程的一種技術(shù)。線程池在還沒(méi)有任務(wù)到來(lái)之前，創(chuàng)建一定數(shù)量（N1）的線程，放入空閑隊(duì)列中。這些線程都是處于阻塞（Suspended）狀態(tài)，不消耗CPU，但占用較小的內(nèi)存空間。當(dāng)任務(wù)到來(lái)后，緩沖池選擇一個(gè)空閑線程，把任務(wù)傳入此線程中運(yùn)行。當(dāng)N1個(gè)線程都在處理任務(wù)后，緩沖池自動(dòng)創(chuàng)建一定數(shù)量的新線程，用于處理更多的任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)比較空閑時(shí)，大部分線程都一直處于暫停狀態(tài)，線程池自動(dòng)銷毀一部分線程，回收系統(tǒng)資源。
　　通用線程緩沖池的設(shè)計(jì)，不僅要實(shí)現(xiàn)上述功能，還要考慮此設(shè)計(jì)的可移植性，減少重復(fù)開(kāi)發(fā)。設(shè)計(jì)中需要考慮的重點(diǎn)是：
任務(wù)對(duì)象的通用性；線程創(chuàng)建和銷毀策略；任務(wù)的分配策略。　　分析與設(shè)計(jì)
　　1、任務(wù)對(duì)象的通用性
　　不同的業(yè)務(wù)解決方案有各自獨(dú)特的任務(wù)處理方法，任務(wù)的劃分上也就千差萬(wàn)別。為了使得在處理任務(wù)對(duì)象的時(shí)候達(dá)到一定程度的通用性，任務(wù)對(duì)象的設(shè)計(jì)上必須與實(shí)際任務(wù)的處理邏輯完全無(wú)關(guān)。從任務(wù)執(zhí)行的角度看，任務(wù)不過(guò)是處理流程的一次或者多次執(zhí)行的過(guò)程，可以這樣來(lái)定義任務(wù)接口：
class Task
{
public:
Task();
virtual ~Task();
virtual bool run() = 0;
};
　　Task類是所有任務(wù)類的基類，其中的純虛函數(shù)run()是任務(wù)流程的入口，工作線程在處理任務(wù)的時(shí)候就從此處開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)的處理流程。設(shè)計(jì)一個(gè)新的任務(wù)時(shí)，只需要繼承Task接口，新的任務(wù)就可以放入線程池中執(zhí)行。
　　任務(wù)的創(chuàng)建、執(zhí)行和銷毀這樣來(lái)設(shè)計(jì)：
　　(1)任務(wù)在其需要的時(shí)候才創(chuàng)建。任務(wù)的創(chuàng)建通過(guò)new操作，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建具體的任務(wù)對(duì)象，然后傳入線程池，由線程池自動(dòng)分配線程來(lái)執(zhí)行此任務(wù)。
　　(2)任務(wù)是否執(zhí)行完畢由其自身來(lái)決定。一個(gè)未知任務(wù)什么時(shí)候執(zhí)行完畢是不可能預(yù)測(cè)的，必須任務(wù)本身來(lái)決定。這個(gè)策略通過(guò)，Task::run()的返回值來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)工作線程執(zhí)行一次任務(wù)時(shí)，如果返回值為true，表示任務(wù)執(zhí)行完畢，就用delete操作銷毀此任務(wù)；如果返回值為false，表示任務(wù)需要執(zhí)行的工作并未完成，繼續(xù)執(zhí)行此任務(wù)。
　　這樣的策略，使得在設(shè)計(jì)新的任務(wù)處理流程的時(shí)候，不需要過(guò)多的關(guān)心任務(wù)的接口規(guī)范，只需要在新任務(wù)類的構(gòu)造函數(shù)中初始化各種資源，在新任務(wù)類的析構(gòu)函數(shù)中回收資源，在run()方法中實(shí)現(xiàn)主要的處理邏輯，那么新的任務(wù)類即可在線程池中執(zhí)行。
　　2、線程的創(chuàng)建與銷毀
　　線程緩沖池中的維持的線程數(shù)量應(yīng)該按照任務(wù)處理的需求來(lái)定。
　　在緩沖池剛剛建立時(shí)，線程池中有一定數(shù)量(N1)的已創(chuàng)建好的線程，這樣可以使得新任務(wù)可以及時(shí)的得到執(zhí)行。比如，某客戶端在向服務(wù)器發(fā)送登陸請(qǐng)求的時(shí)候，這樣一個(gè)請(qǐng)求使得服務(wù)器通常需要?jiǎng)?chuàng)建好幾個(gè)相互有關(guān)聯(lián)的任務(wù)。也就是說(shuō)，客戶端與服務(wù)器端的一次交互，通常會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的任務(wù)。根據(jù)一個(gè)服務(wù)器所處理的業(yè)務(wù)，估計(jì)出平均情況下，一次業(yè)務(wù)產(chǎn)生的任務(wù)數(shù)量N2。那么N1應(yīng)該是N2的整數(shù)倍，N1=N2×n1，減少由于線程不夠而再創(chuàng)建線程的概率，才能使得服務(wù)器在業(yè)務(wù)處理初期最為高效。
　　在線程緩沖池中的所有線程都處于繁忙狀態(tài)的時(shí)候，線程池就會(huì)創(chuàng)建新的線程，設(shè)創(chuàng)建N3個(gè)。由以上分析，為了減少由于線程不夠而再創(chuàng)建線程的概率，N3也應(yīng)該是N2的整數(shù)倍，N3=N2×n2。
　　當(dāng)服務(wù)器業(yè)務(wù)減少，出現(xiàn)大量線程閑置的情況，就應(yīng)該銷毀一部分線程。很顯然，這里應(yīng)該使用超時(shí)策略，當(dāng)某些線程在超過(guò)時(shí)間T仍然處于閑置狀態(tài)，就銷毀一部分空閑線程。設(shè)銷毀N4個(gè)空閑線程，為了減少由于線程不夠而再創(chuàng)建線程的概率，N4也應(yīng)該是N2的整數(shù)倍，N4=N2×n3。當(dāng)然，為了使得新任務(wù)及時(shí)得到處理，即使服務(wù)器一直處于空閑，也應(yīng)該保留N1個(gè)線程。