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在一个可执行程序内部存在多个线程和一个任务队列。如果任务队列里长时间没有任务这些线程就会休眠如果此时来了一个任务那么线程就会被唤醒。像这种提前创建好线程需要的时候直接使用我们称之为线程池。这种本质上就是一个生产消费模型。
线程池实现
//ThreadPool.hpp
#pragma once#includeiostream
#includeunistd.h
#includestring
#includevector
#includequeue
#includefunctional
#includeThread.hppusing namespace threadModel;static const int gdefaultnum5;void test()
{while(true){std::couthello worldstd::endl;sleep(1);}
}templatetypename T
class ThreadPool
{
private:void LockQueue(){pthread_mutex_lock(_mutex);}void UnlockQueue(){pthread_mutex_unlock(_mutex);}void Wakeup(){pthread_cond_signal(_cond);}void WakeupAll(){pthread_cond_broadcast(_cond);}void Sleep(){pthread_cond_wait(_cond,_mutex);}bool IsEmpty(){return _task_queue.empty();}void HandlerTask(const std::string name) // this{while (true){LockQueue();//如果队列为空(有任务)while(IsEmpty()_isrunning) //线程没有任务但是在工作继续休眠{_sleep_thread_num;Sleep();_sleep_thread_num--;}if(IsEmpty()!_isrunning) // 任务是空的并且线程退出工作{std::coutname quit...std::endl;UnlockQueue();break;}// 队列不为空有任务 或者 队列被唤醒// 取任务T t_task_queue.front();_task_queue.pop();UnlockQueue();// 此处任务已经不在任务队列中任务已经被拿走处理任务和临界资源是两码事t(); // 处理任务不能不用也不能在临界区中处理std::coutname: t.result()std::endl;}}public:ThreadPool(int thread_numgdefaultnum):_thread_num(thread_num),_isrunning(false) //刚开始线程没有使用,_sleep_thread_num(0){pthread_mutex_init(_mutex,nullptr);pthread_cond_init(_cond,nullptr);}void Init(){func_t funcstd::bind(ThreadPool::HandlerTask,this,std::placeholders::_1);for(int i0;i_thread_num;i){std::string threadnamethread-std::to_string(i1);_threads.emplace_back(threadname,func);}}void Start(){_isrunningtrue;for(auto thread:_threads){thread.Start();}}void Stop(){LockQueue();_isrunningfalse;WakeupAll();UnlockQueue();}void Equeue(const T in){LockQueue();if(_isrunning){_task_queue.push(in);// 如果当前有线程在等待需要唤醒if(_sleep_thread_num0){Wakeup();}}UnlockQueue();}~ThreadPool(){pthread_mutex_destroy(_mutex);pthread_cond_destroy(_cond);}
private:int _thread_num;std::vectorThread _threads; // 管理多个线程std::queueT _task_queue; // 任务队列bool _isrunning; //当前线程是否在工作int _sleep_thread_num; //计数器休眠的线程个数pthread_mutex_t _mutex;pthread_cond_t _cond;
}; 日志
日志是软件运行的记录信息可以向显示器打印也可以向文件中打印日志必须有特定的格式
[日志等级] [pid] [filename] [filenumber] [time] 日志内容支持可变参数
日志等级DEBUG、INFO、WARNING、ERROR、FATAL致命的
// 日志等级
enum
{DEBUG1,INFO,WARING,ERROR,FATAL
};日志消息日志等级、id、文件名、行号、当前时间等
// 日志消息
class logmessage
{public:std::string _level; // 日志等级pid_t _id; std::string _filename; // 文件名int _filenumber; // 行号std::string _cur_time;std::string _message_info;};获取当前时间函数接口
std::string GetCurTime()
{time_t nowtime(nullptr);struct tm* cur_timelocaltime(now);char buffer[128];snprintf(buffer,sizeof(buffer),%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d,cur_time-tm_year1900,cur_time-tm_mon1,cur_time-tm_mday,cur_time-tm_hour,cur_time-tm_min,cur_time-tm_sec);return std::string(buffer);
}time(nullptr) 返回当前的时间从 1970 年 1 月 1 日到现在的秒数并将其赋值给 now 变量。time_t 是表示时间点的类型。localtime(now) 将 now 转换为当地时间并返回一个指向 tm 结构的指针。tm 结构包含了年、月、日、时、分、秒等信息。
启用类型设置
void Enable(int type)
{_typetype;
}
Enable 函数用于设置日志输出类型可以选择输出到屏幕或文件。
输出到屏幕
void FlushLogToSCreen(const logmessage lg)
{printf([%s][%d][%s][%d][%s] %s,lg._level.c_str(),lg._id,lg._filename.c_str(),lg._filenumber,lg._cur_time.c_str(),lg._message_info.c_str());
}
FlushLogToSCreen 函数将日志信息格式化并输出到控制台。使用 printf 格式化字符串。
输出到文件
void FlushLogToFile(const logmessage lg)
{std::ofstream out(_logfile,std::ios::app); // 追加打印if(!out.is_open())return;char logtxt[2048];snprintf(logtxt,sizeof(logtxt),[%s][%d][%s][%d][%s] %s,lg._level.c_str(),lg._id,lg._filename.c_str(),lg._filenumber,lg._cur_time.c_str(),lg._message_info.c_str());out.write(logtxt,strlen(logtxt));out.close();
}
FlushLogToFile 函数将日志信息写入指定的文件。以追加模式打开文件并在打开失败时返回。 使用snprintf 格式化日志信息然后将其写入文件。
选择输出方式
void FlushLog(const logmessage lg)
{switch(_type){case SCREEN_TYPE:FlushLogToSCreen(lg);break;case FILE_TYPE:FlushLogToFile(lg);break;}
}
创建日志消息
void logMessage(std::string filename,int filenumber,int level,const char* format,...)
{logmessage lg;lg._levelLevelToString(level);lg._idgetpid();lg._filenamefilename;lg._filenumberfilenumber;lg._cur_timeGetCurTime();va_list ap;va_start(ap,format);char log_info[1024];vsnprintf(log_info,sizeof(log_info),format,ap);va_end(ap);lg._message_infolog_info;FlushLog(lg);
}
logMessage 函数用于创建一条新的日志消息。它接受文件名、文件编号、日志级别和格式化字符串作为参数。使用可变参数处理va_list来处理格式化字符串。将生成的日志信息存储在 lg 对象中并调用 FlushLog 函数进行输出。va_list ap;声明了一个 va_list 类型的变量 ap它用于存储可变参数列表。在 C 语言中va_list 是一个用于遍历不定数量参数的类型。va_start(ap, format);va_start 宏初始化 ap 以指向函数参数列表中的第一个可变参数。这里的 format 是最后一个固定参数va_start 会从它的下一个参数开始读取可变参数。因此ap 现在可以用来访问 format 之后的所有参数。va_end(ap)用于清理va_list 变量 ap。在读取完可变参数后调用 va_end 是良好的实践它可以释放与 ap 相关的资源如果有的话。
完整代码
#pragma once#includeiostream
#includestring
#includecstring
#includesys/types.h
#includeunistd.h
#includestdarg.h
#includectime
#includefstream
#includepthread.h
#includecstdio
#includeLockGuard.hppusing std::cin;
using std::cout;
using std::endl;namespace log_ns
{// 日志等级enum{DEBUG1,INFO,WARING,ERROR,FATAL};// 日志消息class logmessage{public:std::string _level; // 日志等级pid_t _id; std::string _filename; // 文件名int _filenumber; // 行号std::string _cur_time;std::string _message_info;};pthread_mutex_t glockPTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 定义一个全局的锁std::string LevelToString(int level){LockGuard lockguard(glock);switch(level){case DEBUG:return DEBUG;case INFO:return INFO;case WARING:return WARING;case ERROR:return ERROR;case FATAL:return FATAL;default:return UNKNOWN;}}std::string GetCurTime(){time_t nowtime(nullptr);struct tm* cur_timelocaltime(now);char buffer[128];snprintf(buffer,sizeof(buffer),%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d,cur_time-tm_year1900,cur_time-tm_mon1,cur_time-tm_mday,cur_time-tm_hour,cur_time-tm_min,cur_time-tm_sec);return std::string(buffer);}#define SCREEN_TYPE 1#define FILE_TYPE 2const std::string glogfile./log.txt;// 日志class Log{public:Log(const std::string logfeileglogfile):_logfile(logfeile),_type(SCREEN_TYPE){}void Enable(int type){_typetype;}void FlushLogToSCreen(const logmessage lg){printf([%s][%d][%s][%d][%s] %s,lg._level.c_str(),lg._id,lg._filename.c_str(),lg._filenumber,lg._cur_time.c_str(),lg._message_info.c_str());}void FlushLogToFile(const logmessage lg){std::ofstream out(_logfile,std::ios::app); // 追加打印if(!out.is_open())return;char logtxt[2048];snprintf(logtxt,sizeof(logtxt),[%s][%d][%s][%d][%s] %s,lg._level.c_str(),lg._id,lg._filename.c_str(),lg._filenumber,lg._cur_time.c_str(),lg._message_info.c_str());out.write(logtxt,strlen(logtxt));out.close();}void FlushLog(const logmessage lg){switch(_type){case SCREEN_TYPE:FlushLogToSCreen(lg);break;case FILE_TYPE:FlushLogToFile(lg);break;}}void logMessage(std::string filename,int filenumber,int level,const char* format,...){logmessage lg;lg._levelLevelToString(level);lg._idgetpid();lg._filenamefilename;lg._filenumberfilenumber;lg._cur_timeGetCurTime();va_list ap;va_start(ap,format);char log_info[1024];vsnprintf(log_info,sizeof(log_info),format,ap);va_end(ap);lg._message_infolog_info;//coutlg._message_infoendl;// 打印日志FlushLog(lg);}~Log(){}private:int _type;std::string _logfile;};Log lg;#define LOG(Level,Format,...) do{lg.logMessage(__FILE__,__LINE__,Level,Format,##__VA_ARGS__);}while(0)#define EnableScreen() do{lg.Enable(SCREEN_TYPE);}while(0)#define EnableFile() do{lg.Enable(FILE_TYPE);}while(0)};携带日志的线程池设计
//ThreadPool.hpp
#pragma once#includeiostream
#includeunistd.h
#includestring
#includevector
#includequeue
#includefunctional
#includeThread.hpp
#includeLog.hppusing namespace threadModel;
using namespace log_ns;static const int gdefaultnum5;void test()
{while(true){std::couthello worldstd::endl;sleep(1);}
}templatetypename T
class ThreadPool
{
private:void LockQueue(){pthread_mutex_lock(_mutex);}void UnlockQueue(){pthread_mutex_unlock(_mutex);}void Wakeup(){pthread_cond_signal(_cond);}void WakeupAll(){pthread_cond_broadcast(_cond);}void Sleep(){pthread_cond_wait(_cond,_mutex);}bool IsEmpty(){return _task_queue.empty();}void HandlerTask(const std::string name) // this{while (true){LockQueue();//如果队列为空(有任务)while(IsEmpty()_isrunning) //线程没有任务但是在工作继续休眠{_sleep_thread_num;LOG(INFO,%s thread sleep begin!\n,name.c_str());Sleep();LOG(INFO,%s thread wakeup!\n,name.c_str());_sleep_thread_num--;}if(IsEmpty()!_isrunning) // 任务是空的并且线程退出工作{UnlockQueue();LOG(INFO,%s quit\n,name.c_str());break;}// 队列不为空有任务 或者 队列被唤醒// 取任务T t_task_queue.front();_task_queue.pop();UnlockQueue();// 此处任务已经不在任务队列中任务已经被拿走处理任务和临界资源是两码事t(); // 处理任务不能不用也不能在临界区中处理LOG(DEBUG,hander task done, task is: \n%s,t.result().c_str());}}public:ThreadPool(int thread_numgdefaultnum):_thread_num(thread_num),_isrunning(false) //刚开始线程没有使用,_sleep_thread_num(0){pthread_mutex_init(_mutex,nullptr);pthread_cond_init(_cond,nullptr);}void Init(){func_t funcstd::bind(ThreadPool::HandlerTask,this,std::placeholders::_1);for(int i0;i_thread_num;i){std::string threadnamethread-std::to_string(i1);_threads.emplace_back(threadname,func);LOG(DEBUG,construct thread %s done, init success.\n,threadname.c_str());}}void Start(){_isrunningtrue;for(auto thread:_threads){LOG(DEBUG,Start thread %s done.\n,thread.Name().c_str());thread.Start();}}void Stop(){LockQueue();_isrunningfalse;WakeupAll();UnlockQueue();LOG(INFO,Thread Pool Stop Success!\n);}void Equeue(const T in){LockQueue();if(_isrunning){_task_queue.push(in);// 如果当前有线程在等待需要唤醒if(_sleep_thread_num0){Wakeup();}}UnlockQueue();}~ThreadPool(){pthread_mutex_destroy(_mutex);pthread_cond_destroy(_cond);}
private:int _thread_num;std::vectorThread _threads; // 管理多个线程std::queueT _task_queue; // 任务队列bool _isrunning; //当前线程是否在工作int _sleep_thread_num; //计数器休眠的线程个数pthread_mutex_t _mutex;pthread_cond_t _cond;
};
//Main.cc
#includeThreadPool.hpp
#includeTask.hpp
#includeLog.hpp
#includememoryusing std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
using namespace log_ns;int main()
{EnableScreen();//std::unique_ptrThreadPool tpstd::make_unique(); //构建一个ThreadPool对象ThreadPoolTask *tpnew ThreadPoolTask();tp-Init();tp-Start();int cnt10;while (cnt){// 不断地向线程池推送任务sleep(1);Task t(1,1);tp-Equeue(t);LOG(INFO,equeue a task, %s\n,t.debug().c_str());sleep(1);}tp-Stop();LOG(INFO,thread pool stop!\n);sleep(10);return 0;
}// Thread.hpp
#pragma once
#include pthread.h
#include iostream
#include string
#includefunctionalnamespace threadModel
{// 线程执行的方法//typedef void (*func_t)(ThreadData* td);using func_tstd::functionvoid(const std::string);class Thread{public:void Excute(){_isrunning true;_func(_name);_isrunning false;}public:Thread(const std::string name, func_t func) : _name(name), _func(func){}// void *ThreadRoutine(void* args)实际上参数里面还有一个Thread* thisstatic void *ThreadRoutine(void *args) // 加上static后参数里面就没有Thread* this{Thread *self static_castThread *(args); // 获得当前对象self-Excute();return nullptr;}bool Start(){int n ::pthread_create(_tid, nullptr, ThreadRoutine, this);if (n ! 0)return false;return true;}std::string Status(){if (_isrunning)return running;elsereturn sleep;}void Stop(){if (_isrunning){pthread_cancel(_tid);_isrunning false;}}void Join(){pthread_join(_tid, nullptr);}std::string Name(){return _name;}~Thread(){Stop();}private:std::string _name;pthread_t _tid;bool _isrunning;func_t _func; // 线程执行的回调函数};
}//Task.hpp
#pragma once
#includeiostream
#includestring
#includefunctionalclass Task
{public:Task(){}Task(int x,int y):_x(x),_y(y){}void Excute(){_result_x_y;}void operator()(){Excute();}std::string debug(){std::string msgstd::to_string(_x)std::to_string(_y)?;return msg;}std::string result(){std::string msgstd::to_string(_x)std::to_string(_y)std::to_string(_result);return msg;}private:int _x;int _y;int _result;
};
