Linux|【Linux篇】第十六篇——多线程（四）（读写锁+线程池） Linux|多线程|线程池

?? 本篇博客主要介绍读写锁和线程池相关的内容。我会给大家简单实现一个内存池，方便大家理解。

读写锁
- 介绍
- 相关接口
线程池
- 介绍
- 实现
- - 概述
  - 创建多个线程
  - 取任务和放任务
  - 主线程的代码
  - 结果分析
总结

读写锁介绍

读写锁：为了处理多线程中读数据比写数据更频繁（读多写少），给读加锁会带来效率降低的问题，引入了一种新的锁——读写锁。读写锁实际是一种特殊的自旋锁，它把对共享资源的访问者划分成读者和写者，读者只对共享资源进行读访问，写者则需要对共享资源进行写操作。
自旋锁：对应自旋锁，只有一个线程获得锁资源（与互斥锁），其他未得到锁资源的线程不是挂起等待，而是处于自旋状态，不断去检测锁的状态（自旋锁应用于线程占在临界区内待的时间特别短的场景）

特点：

三种关系：读者和读者（共享）、读者和写者（互斥和同步）和写者和写者（互斥）
两个角色：读者和写者
一份资源：写操作，读读取

生产消费模型和读写锁的区别：

读写锁中读者不会拿走数据，但生产消费模型中的消费者会拿走数据，所以读写锁中读者与读者直接是可以共享数据，同时读的

读写锁的三种同步方案：

读优先：想尽一切办法让读者先读。当前为读锁，读者可直接进入，为写锁，当前为写锁，写者写完之后，让读者先进入读（可能会造成写饥饿问题）
写优先：想尽一切办法让写者先写。当前为读锁或写锁，写者都不可以进入，读者读完或写者写完之后，写者可以先进入写
公平占有锁：读者写者公平竞争锁

读写锁的行为：

当前锁的状态	读锁请求	写锁请求
无锁	允许	允许
读锁	允许	阻塞
写锁	阻塞	阻塞

相关接口初始化：

函数原型：

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);

参数：

restrict rwlock：要初始化的锁

restrict attr：不关心，可以设置为空

返回值：成功返回0，失败返回错误码

销毁：

函数原型：

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数：

rwlock：要销毁的锁

返回值：成功返回0，失败返回错误码

加锁和解锁：

函数原型：

// 读加锁 int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); // 写解锁 int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); // 解锁 int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数：

rwlock：锁

返回值：成功返回0，失败返回错误码

线程池介绍

线程池：一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量

线程池的价值：

需要大量的线程来完成任务，且完成任务的时间比较短。可同时处理多任务，多请求。
有任务可以立即从线程池中调取线程取处理，节省了线程创建的时间
有效防止服务端线程过多而导致系统过载的问题

【Linux|【Linux篇】第十六篇——多线程（四）（读写锁+线程池）】线程池与进程池：

线程池占用资源少，但是健壮性（鲁棒性）不强
进程池占用资源多，但是健壮性（鲁棒性）更强（涉及进程间通信，可利用管道的阻塞队列实现进程间同步和互斥）

实现概述
线程池中首先需要有很多个线程，用户可以自己选择创建多少个线程。为了实现线程间的同步与互斥，还需要增加两个变量——互斥量和条件变量。我们还需要一个任务队列，主线程不断往里面塞任务，线程池的线程不断去处理。需要注意的是：这里的任务队列可以为空，但不能满，所以任务队列的容量不限定（实际场景中，任务队列容量不够就需要考虑换一台更大的服务器）
线程池的四个成员变量：

一个队列：存放任务
线程池中线程数：记录线程池中创建的线程数
互斥量：一个互斥锁
条件变量：队列为空时的条件变量

首先封装一个任务：

class Task { public: Task(int a = 0, int b = 0) :_a(a) ,_b(b) {} void Run() { std::cout << "pthread:" << pthread_self() << " has dealt with a task: " << _a << " + " << _b << " = "<< _a + _b << std::endl; } private: int _a; int _b; };

线程池的主要代码框架（唤醒和等待操作都已经封装好）：

#define DEFAULT_MAX_PTHREAD 5class ThreadPool { public: ThreadPool(int max_pthread = DEFAULT_MAX_PTHREAD) :_max_thread(max_pthread) {} ~ThreadPool() { pthread_mutex_destroy(&_mutex); pthread_cond_destroy(&_cond); } public: void LockQueue() { pthread_mutex_lock(&_mutex); } void UnlockQueue() { pthread_mutex_unlock(&_mutex); } void ThreadWait() { pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex); } void WakeUpThread() { pthread_cond_signal(&_cond); //pthread_cond_broadcast(&_cond); } bool IsEmpty() { return _q.empty(); } private: std::queue_q; int_max_thread; pthread_mutex_t _mutex; pthread_cond_t_cond; };

注意：

线程池中的任务队列存放的是任务指针类型，节省任务队列的空间开销
线程池的初始化操作不在构造函数中进行，而是提供了一个初始化接口（下面介绍），让用户自行调用。这是为了不让构造函数做有风险的事情（如果函数调用失败，会导致线程池创建失败）

创建多个线程
创建多个线程可以用一个循环进行创建。需要注意的是，创建一个线程还需要提供一个线程启动后要执行的函数，这个启动函数只能有一个参数。如果把这个函数设置为成员函数，那么这个函数的第一个参数默认是this指针，这样显然是不可行的，所以这里我们考虑把这个启动函数设置为静态的。但是设置为静态的成员函数又会面临一个问题：如何调用其他成员函数和成员变量？所以这里我们考虑创建线程的时候，把this指针传过去，让启动函数的arg 参数去接收即可
创建线程代码如下：

static void* Runtine(void* arg) { pthread_detach(pthread_self()); ThreadPool* this_p = (ThreadPool*)arg; while (1){ this_p->LockQueue(); while (this_p->IsEmpty()){ this_p->ThreadWait(); } Task* t; this_p->Get(t); this_p->UnlockQueue(); // 解锁后处理任务 t->Run(); delete t; } } void ThreadPoolInit() { pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr); pthread_cond_init(&_cond, nullptr); pthread_t t[_max_thread]; for(int i = 0; i < _max_thread; ++i) { pthread_create(t + i, nullptr, Runtine, this); } }

注意：线程创建后，执行启动函数，在这个函数中，线程会去任务队列中取任务并处理，取任务前需要进行加锁的操作（如果队列为空需要挂起等待），取完任务然后进行解锁，然后处理任务，让其它线程去任务队列中取任务
取任务和放任务
放任务：主线程无脑往任务队列中塞任务，塞任务之前进行加锁，塞完任务解锁，然后唤醒在条件变量下等待的队列
取任务：线程池中的线程从任务队列中取任务，这里不需要加锁，因为这个动作在启动函数中加锁的那一段区间中被调用的，其实已经上锁了
代码如下：

// 放任务 void Put(Task* data) { LockQueue(); _q.push(data); UnlockQueue(); WakeUpThread(); } // 取任务 void Get(Task*& data) { data = https://www.it610.com/article/_q.front(); _q.pop(); }

主线程的代码
主线程负责创建线程池，然后无脑塞任务即可
代码如下：

int main() { srand((size_t)time(nullptr)); ThreadPool* tp = new ThreadPool; tp->ThreadPoolInit(); while (1){ int x = rand()%10 + 1; int y = rand()%10 + 1; // 主线程一直塞任务 sleep(1); tp->Put(new Task(x, y)); } return 0; }

结果分析
上面的代码运行结果如下：

文章图片

结果分析：可以看到的是，五个线程是按照特定顺序去取并执行任务的。这是因为五个线程会在条件变量下的等待队列下进行等待，且主线程每次只唤醒队列的第一个线程，所以这五个线程是有一定的次序性的，如果使用pthread_cond_board去执行唤醒的动作，结果会有所不同
总结多线程的内容就介绍到这里了，喜欢的话，欢迎点赞、收藏和关注~