利用C 语言设计可扩展线程池

　摘要：在各种业务解决方案的设计中，服务器处理任务的效率是衡量方案优劣的一个重要标准。使用多线程技术并发处理任务是提高服务器效率的一个主要手段。但是频繁的线程创建、销毁和任务的分配也会降低系统效率。本文设计了一个通用的线程池，根据不同服务器所处理的任务的特点，能够配置对应的线程池参数，最大幅度的提高系统性能。

　　关键字：线程池多线程任务虚函数异常

　　概述

　　在各种业务解决方案的设计过程中，服务器处理任务的效率往往决定了方案的成败。多线程处理任务是提高服务器效率的主要手段，他提高了对服务器资源的利用，使得任务能够并发处理。但假如服务器处理的任务的特点是轻量级、频率高，那么线程的创建和销毁会很频繁，而系统用于处理线程的创建和销毁的开销会占相当大的比重，反而降低了系统的效率。通过线程池技术，能够减少频繁的线程的创建和销毁对系统性能的影响。

　　线程池是预先创建线程的一种技术。线程池在还没有任务到来之前，创建一定数量（N1）的线程，放入空闲队列中。这些线程都是处于阻塞（Suspended）状态，不消耗CPU，但占用较小的内存空间。当任务到来后，缓冲池选择一个空闲线程，把任务传入此线程中运行。当N1个线程都在处理任务后，缓冲池自动创建一定数量的新线程，用于处理更多的任务。当系统比较空闲时，大部分线程都一直处于暂停状态，线程池自动销毁一部分线程，回收系统资源。

　　通用线程缓冲池的设计，不但要实现上述功能，还要考虑此设计的可移植性，减少重复研发。设计中需要考虑的重点是：

• 任务对象的通用性；
• 线程创建和销毁策略；
• 任务的分配策略。

　　分析和设计

　　1、任务对象的通用性

　　不同的业务解决方案有各自独特的任务处理方法，任务的划分上也就千差万别。为了使得在处理任务对象的时候达到一定程度的通用性，任务对象的设计上必须和实际任务的处理逻辑完全无关。从任务执行的角度看，任务但是是处理流程的一次或多次执行的过程，能够这样来定义任务接口：

class Task { public: Task(); virtual ~Task(); virtual bool run() = 0; };

　　Task类是任何任务类的基类，其中的纯虚函数run()是任务流程的入口，工作线程在处理任务的时候就从此处开始执行任务的处理流程。设计一个新的任务时，只需要继承Task接口，新的任务就能够放入线程池中执行。

　　任务的创建、执行和销毁这样来设计：

　　(1)任务在其需要的时候才创建。任务的创建通过new操作，动态创建具体的任务对象，然后传入线程池，由线程池自动分配线程来执行此任务。

　　(2)任务是否执行完毕由其自身来决定。一个未知任务什么时候执行完毕是不可能预测的，必须任务本身来决定。这个策略通过，Task::run()的返回值来实现。当工作线程执行一次任务时，假如返回值为true，表示任务执行完毕，就用delete操作销毁此任务；假如返回值为false，表示任务需要执行的工作并未完成，继续执行此任务。

　　这样的策略，使得在设计新的任务处理流程的时候，无需过多的关心任务的接口规范，只需要在新任务类的构造函数中初始化各种资源，在新任务类的析构函数中回收资源，在run()方法中实现主要的处理逻辑，那么新的任务类即可在线程池中执行。

　　2、线程的创建和销毁

　　线程缓冲池中的维持的线程数量应该按照任务处理的需求来定。

　　在缓冲池刚刚建立时，线程池中有一定数量(N1)的已创建好的线程，这样能够使得新任务能够及时的得到执行。比如，某客户端在向服务器发送登陆请求的时候，这样一个请求使得服务器通常需要创建好几个相互有关联的任务。也就是说，客户端和服务器端的一次交互，通常会产生一定数量的任务。根据一个服务器所处理的业务，估计出平均情况下，一次业务产生的任务数量N2。那么N1应该是N2的整数倍，N1=N2×n1，减少由于线程不够而再创建线程的概率，才能使得服务器在业务处理初期最为高效。

　　在线程缓冲池中的任何线程都处于繁忙状态的时候，线程池就会创建新的线程，设创建N3个。由以上分析，为了减少由于线程不够而再创建线程的概率，N3也应该是N2的整数倍，N3=N2×n2。

　　当服务器业务减少，出现大量线程闲置的情况，就应该销毁一部分线程。很显然，这里应该使用超时策略，当某些线程在超过时间T仍然处于闲置状态，就销毁一部分空闲线程。设销毁N4个空闲线程，为了减少由于线程不够而再创建线程的概率，N4也应该是N2的整数倍，N4=N2×n3。当然，为了使得新任务及时得到处理，即使服务器一直处于空闲，也应该保留N1个线程。