WebServer（C++版）代码分析之线程池

前言

在阅读 c++ 实现的 WebServer 源码时，感觉其中线程池实现值得具体分析，此篇博客分析该源码中线程池实现部分。

源码

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/*
 * @file         : threadpool.h
 * @Author       : mark
 * @Date         : 2020-06-15
 * @copyleft Apache 2.0
 */ 

#ifndef THREADPOOL_H
#define THREADPOOL_H

#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>
#include <thread>
#include <functional>
class ThreadPool {
public:
    explicit ThreadPool(size_t threadCount = 8): pool_(std::make_shared<Pool>()) {
            assert(threadCount > 0);
            for(size_t i = 0; i < threadCount; i++) {
                std::thread([pool = pool_] {
                    std::unique_lock<std::mutex> locker(pool->mtx);
                    while(true) {
                        if(!pool->tasks.empty()) {
                            auto task = std::move(pool->tasks.front());
                            pool->tasks.pop();
                            locker.unlock();
                            task();
                            locker.lock();
                        } 
                        else if(pool->isClosed) break;
                        else pool->cond.wait(locker);
                    }
                }).detach();
            }
    }

    ThreadPool() = default;

    ThreadPool(ThreadPool&&) = default;
    
    ~ThreadPool() {
        if(static_cast<bool>(pool_)) {
            {
                std::lock_guard<std::mutex> locker(pool_->mtx);
                pool_->isClosed = true;
            }
            pool_->cond.notify_all();
        }
    }

    template<class F>
    void AddTask(F&& task) {
        {
            std::lock_guard<std::mutex> locker(pool_->mtx);
            pool_->tasks.emplace(std::forward<F>(task));
        }
        pool_->cond.notify_one();
    }

private:
    struct Pool {
        std::mutex mtx;
        std::condition_variable cond;
        bool isClosed;
        std::queue<std::function<void()>> tasks;
    };
    std::shared_ptr<Pool> pool_;
};


#endif //THREADPOOL_H

源码分析

为什么该线程池所有的实现在 threadpool.h 中完成？

上面源码为线程池的头文件 threadpool.h，而且该线程池没有对应的 threadpool.cpp 实现代码文件，这种在类中实现方法的方式，使得类中方法都是缺省内联的，这样在编译的时候把函数调用的部分直接换成函数代码，而不是进行函数调用，这适用于函数代码少的时候，可以避免调用带来栈空间的消耗，也可以减少一定的调用时间。

explicit 修饰的构造函数如何理解？

通过将构造函数声明为explicit（显式）的方式可以抑制隐式转换。也就是说，explicit构造函数必须显式调用。按默认规定，只用传一个参数的构造函数也定义了一个隐式转换。具体参考：C++ explicit关键字详解

std::make_shared 作用是什么？在什么场景下使用？

如有可能，第一次创建内存资源时，请使用 make_shared 函数创建 shared_ptr。 make_shared 异常安全。它使用同一调用为控制块和资源分配内存，这会减少构造开销。如果不使用 make_shared，则必须先使用显式 new 表达式来创建对象，然后才能将其传递到 shared_ptr 构造函数。具体参考：如何：创建和使用 shared_ptr 实例

void detach() 作用？

拆离相关联的线程。操作系统负责释放终止的线程资源。具体参考：thread类-detach

std::unique_lock 作用及应用场景？

表示可进行实例化以创建管理 mutex 锁定和解锁的对象的模板。uniqie_lock 是个类模板，它的功能跟 lock_quard 类似，但比 lock_quard 更灵活。在工作中，一般用 lock_quard （推荐使用）就足够了，但在一些特殊的场景下会用到 uniqie_lock。 lock_quard 取代了 mutex 的 lock() 和 unlock()，在 lock_quard 的构造函数中上锁，在析构函数中解锁，这点其实在 uniqie_lock 中也是一样的。uniqie_lock 在使用上比 lock_quard 灵活，但代价就是效率会低一点，并且内存占用量也会相对高一些。具体参考：unique_lock详解和 unique_lock 类

std::mutex 作用及应用场景？

Mutex 又称互斥量，C++ 11中与 Mutex 相关的类（包括锁类型）和函数都声明在 <mutex> 头文件中，所以如果你需要使用 std::mutex，就必须包含 <mutex> 头文件。std::mutex 是C++11 中最基本的互斥量，std::mutex 对象提供了独占所有权的特性——即不支持递归地对 std::mutex 对象上锁，而 std::recursive_lock 则可以递归地对互斥量对象上锁。具体参考：C++11 并发指南三(std::mutex 详解)

std::move 与 std::forward 作用及应用场景？

std::forward 比 std::move 逻辑略复杂，std::move 是无条件把参数转换为右值，而 std::forward 在特定情况下才会这样做：仅当参数是用右值初始化时，才会把它转换为右值。它的意义是使外面的函数调用选择接受右值的版本，实际的移动工作是由外面的函数进行的；使用std::forward来转发参数一般被称为完美转发 (也叫精确传递)。具体参考：C++ 理解std::forward完美转发。这里，使用 std::move 将 pool->tasks.front() 装换为右值，从而使得 std::function 类型的task调用 function& operator= (function&& rhs); 构造函数，避免资源重复申请创建。详细讨论参考：知乎std::move回答