c++怎么实现一个简单的线程池_线程池设计与实现

线程池通过复用线程执行任务，减少开销。由任务队列、线程集合、互斥锁、条件变量和停止标志组成。使用enqueue提交任务，内部用packaged_task封装可调用对象并返回future获取结果。工作线程从队列取任务执行，支持任意函数对象。析构时通知所有线程退出并等待回收。示例中创建4线程池，提交8个计算任务，输出平方值。适用于固定负载场景，需注意任务不应长时间阻塞，异常应在任务内处理。

实现一个简单的C++线程池，核心目标是复用一组线程来执行多个任务，避免频繁创建和销毁线程带来的开销。下面是一个轻量级、可运行的线程池设计与实现，适用于大多数基础场景。

线程池的基本结构

一个基本的线程池包含以下几个组成部分：

• 任务队列：存放待执行的任务（通常为函数对象）。
• 线程集合：一组工作线程，从任务队列中取出任务并执行。
• 同步机制：使用互斥锁（mutex）和条件变量（condition_variable）保证线程安全。
• 控制开关：标记线程池是否关闭，用于优雅退出。

任务提交与执行逻辑

用户通过 enqueue 方法提交任务，任务被推入队列。空闲线程会监听队列变化，一旦有新任务就立即取出执行。使用 std::function 和 std::packaged_task 可以方便地支持任意可调用对象，并返回 std::future 获取结果。

关键点：

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• 任务队列为线程安全的阻塞队列。
• 使用条件变量唤醒等待线程。
• 主线程可在需要时等待任务完成。

代码实现示例

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
class ThreadPool {
public:
explicit ThreadPool(size_t numThreads) : stop(false) {
for (size_t i = 0; i < numThreads; ++i) {
workers.emplace_back([this] {
while (true) {
std::function task;
{
std::unique_lock lock(queue_mutex);
condition.wait(lock, [this] { return stop || !tasks.empty(); });
if (stop && tasks.empty()) return;
task = std::move(tasks.front());
tasks.pop();
}
task();
}
});
}
}
templatezuojiankuohaophpcnclass Fyoujiankuohaophpcn
auto enqueue(F&& f) -youjiankuohaophpcn std::futurezuojiankuohaophpcndecltype(f())youjiankuohaophpcn {
    using return_type = decltype(f());
    auto task = std::make_sharedzuojiankuohaophpcnstd::packaged_taskzuojiankuohaophpcnreturn_type()youjiankuohaophpcnyoujiankuohaophpcn(std::forwardzuojiankuohaophpcnFyoujiankuohaophpcn(f));
    std::futurezuojiankuohaophpcnreturn_typeyoujiankuohaophpcn result = task-youjiankuohaophpcnget_future();
    {
        std::lock_guardzuojiankuohaophpcnstd::mutexyoujiankuohaophpcn lock(queue_mutex);
        if (stop) throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");
        tasks.emplace([task]() { (*task)(); });
    }
    condition.notify_one();
    return result;
}

~ThreadPool() {
    {
        std::unique_lockzuojiankuohaophpcnstd::mutexyoujiankuohaophpcn lock(queue_mutex);
        stop = true;
    }
    condition.notify_all();
    for (std::thread &worker : workers)
        worker.join();
}
private:
std::vector<:thread> workers;
std::queue<:function>> tasks;
std::mutex queue_mutex;
std::condition_variable condition;
bool stop;
};

							

								
								

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使用方式与注意事项
这个线程池使用非常简单：
int main() {
    ThreadPool pool(4); // 创建4个线程的线程池
std::vectorzuojiankuohaophpcnstd::futurezuojiankuohaophpcnintyoujiankuohaophpcnyoujiankuohaophpcn results;
for (int i = 0; i zuojiankuohaophpcn 8; ++i) {
    results.emplace_back(
        pool.enqueue([i] {
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
            return i * i;
        })
    );
}

for (auto& result : results)
    std::cout zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn result.get() zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn ' ';  // 输出: 0 1 4 9 16 25 36 49
std::cout zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn std::endl;

return 0; // 线程池析构时自动清理
}
注意：

构造时指定线程数量，建议根据CPU核心数调整。
任务应尽量无阻塞或短时执行，避免线程饥饿。
不支持动态增减线程，适合固定负载场景。
异常处理需在任务内部进行，否则会导致线程退出。

基本上就这些。这个实现简洁、高效，适合学习和中小型项目使用。