大家都知道C++支持多线程开发，也就是支持多个任务并行运行，我们也知道线程的生命周期中包括创建、就绪、运行、阻塞、销毁等阶段，所以如果要执行的任务很多，每个任务都需要一个线程的话，那么频繁的创建、销毁线程会比较耗性能。
有了线程池就不用创建更多的线程来完成任务，它可以：
①降低资源的消耗，通过重复利用已经创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
②提高相应速度，当任务到达的时候，任务可以不需要等到线程创建就能立刻执行。
③提高线程的可管理性，线程是稀缺资源，使用线程池可以统一的分配、调优和监控。
通俗的讲，线程池就是一个线程集合，里面已经提前创建好了若干个线程，当需要线程的时候到线程集合里获取一个即可，这样省去了创建线程的时间，当然也省去了系统回收线程的时间，当线程池里的线程都被使用了后，只能阻塞等待了，等待获取线程池后被释放的线程。
线程池主要包括任务队列，线程队列，线程池类，线程池管理类和任务类等组成部分。当线程池提交一个任务到线程池后，执行流程如下：
线程池先判断核心线程池里面的线程是否都在执行任务。如果不是都在执行任务，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池中的线程都在执行任务，则判断工作队列是否已满。如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储到这个工作队列中，如果工作队列满了，线程池则判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理 ，也就是拒接策略。
一句话：管理一个任务队列，一个线程队列，然后每次去一个任务分配给一个线程去做，循环往复。
有什么问题？线程池一般是要复用线程，所以如果是取一个task分配给某一个thread，执行完之后再重新分配，在语言层面这是基本不能实现的：C++的thread都是执行一个固定的task函数，执行完之后线程也就结束了。所以该如何实现task和thread的分配呢？
让每一个thread创建后，就去执行调度函数：循环获取task，然后执行。
这个循环该什么时候停止呢？
很简单，当线程池停止使用时，循环停止。
这样一来，就保证了thread函数的唯一性，而且复用线程执行task。
总结一下，我们的线程池的主要组成部分有二：
#ifndef THREAD_POOL_H
#define THREAD_POOL_H
#include <vector>
#include <queue>
#include <memory>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <future>
#include <functional>
#include <stdexcept>
class ThreadPool {
public:
ThreadPool(size_t); //构造函数
template<class F, class... Args> //类模板
auto enqueue(F&& f, Args&&... args)->std::future<decltype(func(args...))>;//任务入队
~ThreadPool(); //析构函数
private:
std::vector< std::thread > workers; //线程队列，每个元素为一个Thread对象
std::queue< std::function<void()> > tasks; //任务队列，每个元素为一个函数对象
std::mutex queue_mutex; //互斥量
std::condition_variable condition; //条件变量
bool stop; //停止
};
// 构造函数，把线程插入线程队列，插入时调用embrace_back()，用匿名函数lambda初始化Thread对象
inline ThreadPool::ThreadPool(size_t threads) : stop(false){
for(size_t i = 0; i<threads; ++i)
workers.emplace_back(
[this]
{
for(;;)
{
// task是一个函数类型，从任务队列接收任务
std::function<void()> task;
{
//给互斥量加锁，锁对象生命周期结束后自动解锁
std::unique_lock<std::mutex> lock(this->queue_mutex);
//（1）当匿名函数返回false时才阻塞线程，阻塞时自动释放锁。
//（2）当匿名函数返回true且受到通知时解阻塞，然后加锁。
this->condition.wait(lock,[this]{ return this->stop || !this->tasks.empty(); });
if(this->stop && this->tasks.empty())
return;
//从任务队列取出一个任务
task = std::move(this->tasks.front());
this->tasks.pop();
} // 自动解锁
task(); // 执行这个任务
}
}
);
}
// 添加新的任务到任务队列
template<class F, class... Args>
auto ThreadPool::enqueue(F&& f, Args&&... args)->std::future<decltype(func(args...))>
{
// 获取函数返回值类型
using return_type = decltype(func(args...));
// 创建一个指向任务的智能指针
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); //加锁
if(stop)
throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");
tasks.emplace([task](){ (*task)(); }); //把任务加入队列
} //自动解锁
condition.notify_one(); //通知条件变量，唤醒一个线程
return res;
}
// 析构函数，删除所有线程
inline ThreadPool::~ThreadPool()
{
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
stop = true;
}
condition.notify_all();
for(std::thread &worker: workers)
worker.join();
}
#endif使用
#include <iostream>
#include <chrono>
#include "ThreadPool.h"
void func()
{
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
std::cout<<"worker thread ID:"<<std::this_thread::get_id()<<std::endl;
}
int main()
{
ThreadPool pool(4);
while(1)
{
pool.enqueue(func);
}
}打印
另一种实现，
其中线程池类 ThreadPool 维护了一个任务队列 tasks_，并且可以动态添加任务到队列中。线程池管理类 ThreadPoolManager 提供了获取线程池实例的接口，使用时只需要通过 ThreadPoolManager::getThreadPool() 获取线程池实例，然后调用 enqueue 方法添加任务即可
#include <iostream>
#include <queue>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <functional>
using namespace std;
// 任务类
class Task {
public:
Task(function<void()> f) : func(f) {}
void operator()() { func(); }
private:
function<void()> func;
};
// 线程池类
class ThreadPool {
public:
ThreadPool(int size) : stop(false) {
for (int i = 0; i < size; ++i) {
threads.emplace_back([this] {
while (true) {
function<void()> task;
{
unique_lock<mutex> lock(mutex_);
condition_.wait(lock, [this] { return stop || !tasks_.empty(); });
if (stop && tasks_.empty()) return;
task = move(tasks_.front());
tasks_.pop();
}
task();
}
});
}
}
~ThreadPool() {
{
unique_lock<mutex> lock(mutex_);
stop = true;
}
condition_.notify_all();
for (auto& thread : threads) {
thread.join();
}
}
template<typename F>
void enqueue(F&& f) {
{
unique_lock<mutex> lock(mutex_);
tasks_.emplace(forward<F>(f));
}
condition_.notify_one();
}
private:
vector<thread> threads;
queue<function<void()>> tasks_;
mutex mutex_;
condition_variable condition_;
bool stop;
};
// 线程池管理类
class ThreadPoolManager {
public:
static ThreadPool& getThreadPool() {
static ThreadPool threadPool(thread::hardware_concurrency());
return threadPool;
}
};
int main() {
ThreadPool& threadPool = ThreadPoolManager::getThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
threadPool.enqueue(Task([] { cout << "Hello, World!" << endl; }));
}
return 0;
}参考：
C++实现线程池_蓬莱道人的博客-CSDN博客_c++ 线程池
C++实现线程池_晓枫寒叶的博客-CSDN博客_c++ 线程池
C++17future类+可变参模板实现线程池_刚入门的代码spa技师的博客-CSDN博客_c++17 可变参