c++ 多线程线程池

### C++ 中实现多线程和线程池的方法

#### 使用 `std::thread` 创建单个线程

在 C++ 中，可以利用标准库 `<thread>` 提供的功能来启动新的线程。通过实例化 `std::thread` 对象并传递给它要在线程内运行的目标函数或可调用对象。

#include <iostream>
#include <thread>

void threadFunction(int id) {
    std::cout << "Thread ID, " << id << ", is running.\n";
}

int main() {
    std::thread t(threadFunction, 1);
    
    // 主线程等待子线程结束
    if (t.joinable()) {
        t.join();
    }
}

这段代码展示了如何定义一个简单的线程函数，并将其作为参数传入到新创建的线程中去执行[^1]。

#### 构建基本线程池结构

为了更高效地管理和复用工作线程，在实际应用中通常会构建线程池模式。这里给出一种基于任务队列的工作窃取型线程池的设计思路：

- **任务封装**：将待处理的任务打包成共享指针形式存储于阻塞队列里；
- **工作者线程**：预先分配一定数量的固定线程持续监听任务列表的变化情况；
- **提交接口**：对外提供便捷方法用于向内部添加新作业；

下面是简化版的具体实现方式[^4]：

#include <queue>
#include <vector>
#include <memory>
#include <future>
#include <functional>
#include <exception>
#include <stdexcept>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <thread>

class ThreadPool {
public:
    explicit 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();
                    }
                }
            );
    }

    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);

            // 不允许再加入任务的情况
            if(stop)
                throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");

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

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

private:
    std::vector<std::thread> workers;
    std::queue<std::function<void()>> tasks;

    std::mutex queue_mutex;
    std::condition_variable condition;
    bool stop;
};

此段程序实现了具有动态负载均衡特性的轻量级线程池框架，能够有效减少频繁创建销毁线程所带来的开销问题[^2]。