Thread pooling in C++ 11

在C++11中，线程池是一个非常有用的并发设计模式，主要用来管理和调度多个线程执行任务，从而提高程序的执行效率和响应速度。C++11之前，程序员通常需要依赖操作系统的API或使用第三方库来实现线程池，但C++11标准引入了更多的并发编程支持，包括线程（std::thread），互斥锁（std::mutex），条件变量（std::condition_variable）等，这些新特性可以帮助我们更加容易地实现一个线程池。

线程池的基本概念和组成

线程池主要由以下几个部分组成:

1. 任务队列: 存放待处理任务的队列，通常是一个先进先出的队列。
2. 工作线程: 一组初始化时就创建的线程，它们循环地从任务队列中取出任务并执行。
3. 互斥锁和条件变量: 用于同步和协调主线程和工作线程的执行。

实现简单的线程池

以下是一个简单的C++11线程池实现的示例：

cpp
#include <vector>
#include <queue>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <functional>
#include <iostream>

class ThreadPool {
private:
    std::vector<std::thread> workers;
    std::queue<std::function<void()>> tasks;
    
    std::mutex queue_mutex;
    std::condition_variable condition;
    bool stop;

public:
    ThreadPool(size_t threads) : stop(false) {
        for(size_t i = 0; i < threads; ++i)
            workers.emplace_back(
                [this] {
                    for(;;) {
                        std::function<void()> task;
                        
                        {
                            std::unique_lock<std::mutex> lock(this->queue_mutex);
                            this->condition.wait(lock, 
                                [this] { return this->stop || !this->tasks.empty(); });
                            if(this->stop && this->tasks.empty())
                                return;
                            task = std::move(this->tasks.front());
                            this->tasks.pop();
                        }
                        
                        task();
                    }
                }
            );
    }

    ~ThreadPool() {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
            stop = true;
        }
        condition.notify_all();
        for(std::thread &worker: workers)
            worker.join();
    }

    template<class F, class... Args>
    auto enqueue(F&& f, Args&&... args) 
        -> std::future<typename std::result_of<F(Args...)>::type> {
        using return_type = typename std::result_of<F(Args...)>::type;

        auto task = std::make_shared< std::packaged_task<return_type()> >(
            std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...)
        );
        
        std::future<return_type> res = task->get_future();
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);

            // Don't allow enqueueing after stopping the pool
            if(stop)
                throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");

            tasks.emplace([task](){ (*task)(); });
        }
        condition.notify_one();
        return res;
    }
};

void print_number(int x) {
    std::cout << "Number: " << x << std::endl;
}

int main() {
    ThreadPool pool(4); // 创建一个有4个线程的线程池

    // 添加任务到线程池
    for(int i = 0; i < 10; ++i) {
        pool.enqueue(print_number, i);
    }

    return 0;
}

说明

在上述代码中，我们创建了一个ThreadPool类，它可以初始化指定数量的线程。工作线程不断地从任务队列中取任务执行。当调用enqueue()方法时，它会将任务添加到队列中，并通过条件变量通知一个工作线程。

这个简单的例子展示了如何使用C++11中的各种并发和同步机制来实现一个基本的线程池。当然，实际应用中线程池的实现可能会更复杂，需要处理更多的边界情况和异常情况。