linux c 线程池框架

在Linux环境下，C语言实现线程池框架可以有效地管理并发任务，提高程序的性能和响应速度。线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。以下是关于Linux C线程池框架的一些基础概念、优势、类型、应用场景以及常见问题及其解决方法。

基础概念

线程池：预先创建一组线程，当有任务到来时，从线程池中选择一个空闲线程执行任务，任务完成后线程返回线程池等待下一个任务。
任务队列：用于存储待处理任务的队列。
工作线程：线程池中的线程，负责从任务队列中取出任务并执行。

优势

减少线程创建和销毁的开销：线程池中的线程可以重复使用，避免了频繁创建和销毁线程的开销。
提高系统响应速度：任务到达时，可以直接分配给线程池中的空闲线程，无需等待线程创建。
控制并发数量：线程池可以限制同时运行的线程数量，避免系统资源被过度占用。

类型

固定大小线程池：线程池中的线程数量固定。
动态调整线程池：根据任务数量动态调整线程池中的线程数量。
缓存线程池：空闲线程在完成任务后不会立即销毁，而是等待一段时间，如果在这段时间内有新任务到来，则立即执行。

应用场景

Web服务器：处理大量并发请求。
数据库连接池：管理数据库连接，提高数据库访问效率。
任务调度系统：处理定时任务或周期性任务。

常见问题及解决方法

线程安全问题：多个线程同时访问共享资源时可能会出现竞态条件。使用互斥锁（mutex）和条件变量（condition variable）来保护共享资源。
死锁：线程在等待其他线程释放资源时可能会发生死锁。确保锁的获取和释放顺序一致，避免循环等待。
线程泄漏：线程在执行过程中出现异常，导致线程无法正常退出。在代码中添加异常处理机制，确保线程在任何情况下都能正常退出。

示例代码

以下是一个简单的固定大小线程池实现示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

#define MAX_THREADS 5
#define MAX_QUEUE 100

typedef struct {
    void (*function)(void *);
    void *argument;
} task_t;

typedef struct {
    task_t queue[MAX_QUEUE];
    int head;
    int tail;
    int count;
    int shutdown;
    pthread_mutex_t lock;
    pthread_cond_t notify;
} thread_pool_t;

void *thread_pool_worker(void *arg) {
    thread_pool_t *pool = (thread_pool_t *)arg;
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&pool->lock);
        while (pool->count == 0 && !pool->shutdown) {
            pthread_cond_wait(&pool->notify, &pool->lock);
        }
        if (pool->shutdown) {
            pthread_mutex_unlock(&pool->lock);
            pthread_exit(NULL);
        }
        task_t task = pool->queue[pool->head];
        pool->head = (pool->head + 1) % MAX_QUEUE;
        pool->count--;
        pthread_mutex_unlock(&pool->lock);
        task.function(task.argument);
    }
}

int thread_pool_init(thread_pool_t *pool, int threads) {
    pool->head = 0;
    pool->tail = 0;
    pool->count = 0;
    pool->shutdown = 0;
    pthread_mutex_init(&pool->lock, NULL);
    pthread_cond_init(&pool->notify, NULL);
    for (int i = 0; i < threads; i++) {
        pthread_t thread;
        if (pthread_create(&thread, NULL, thread_pool_worker, pool) != 0) {
            return -1;
        }
        pthread_detach(thread);
    }
    return 0;
}

void thread_pool_add_task(thread_pool_t *pool, void (*function)(void *), void *argument) {
    pthread_mutex_lock(&pool->lock);
    if (pool->count == MAX_QUEUE) {
        pthread_mutex_unlock(&pool->lock);
        return;
    }
    pool->queue[pool->tail].function = function;
    pool->queue[pool->tail].argument = argument;
    pool->tail = (pool->tail + 1) % MAX_QUEUE;
    pool->count++;
    pthread_cond_signal(&pool->notify);
    pthread_mutex_unlock(&pool->lock);
}

void thread_pool_destroy(thread_pool_t *pool) {
    pthread_mutex_lock(&pool->lock);
    pool->shutdown = 1;
    pthread_cond_broadcast(&pool->notify);
    pthread_mutex_unlock(&pool->lock);
    pthread_mutex_destroy(&pool->lock);
    pthread_cond_destroy(&pool->notify);
}

void example_task(void *arg) {
    int *num = (int *)arg;
    printf("Task %d is running\n", *num);
    sleep(1);
}

int main() {
    thread_pool_t pool;
    thread_pool_init(&pool, MAX_THREADS);
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        int *num = malloc(sizeof(int));
        *num = i;
        thread_pool_add_task(&pool, example_task, num);
    }
    sleep(15);
    thread_pool_destroy(&pool);
    return 0;
}

这个示例代码实现了一个简单的固定大小线程池，包含线程池初始化、任务添加、线程池销毁等功能。通过这个示例，可以更好地理解线程池的工作原理和实现方法。