操作系统 —— 生产者消费者模型

文章目录

- 1. 生产者消费者模型的理解
- - 1.1 串行的概念
  - 1.2 并行的概念
  - 1.3 简单总结：
- 2. 基于阻塞队列(block queue)实现此模型
- - 2.1 阻塞队列的实现
  - 2.2 使用阻塞队列，单线程
  - 2.3 使用阻塞队列，多线程
  - 2.4 总结：阻塞队列实现的消费者生产者模式
- 3. 基于环形队列实现此模式
- - 3.1 信号量
  - 3.2 操作信号量的接口函数
  - 3.3 认识环形队列
  - 3.4 环形队列实现生产者消费者模式的基本思想
  - 3.5 环形队列的实现
  - 3.6 使用环形队列，单线程
  - 3.7 使用环形队列，多线程
  - 3.8 总结：环形队列实现的消费者生产者模式
- 4. 线程池 -> 消费者生产者模型
- - 4.1 实现线程池
  - 4.2 使用线程池
  - 4.3 总结线程池
- 5. 总结

前言： 生产者消费者模型，多用于多线程中，它是用于提高生产者和消费者之间交互信息的效率。其实我们可以联想生活，人 + 超市 +供货商，人是消费者，供货商是生产者，超市相当于两者交互的场所。如果没有超市，人要去购物，只能去供货商的地方，和供货商说：给我瓶牛奶。供货商说：好的，我现在去挤牛奶。哎呀，真的是慢死了。如果有了超市就不一样了，人到超市，去买牛奶，非常方便，不需要直接和供货商说了。就是这样。

关于生产者消费者模型，以上面为例：人和供货商都是线程，关键在于那个超市，怎么去实现这个交互场所呢？本文给出三种常用的实现方法：阻塞队列，环形队列，线程池。

1. 生产者消费者模型的理解

例子：人 + 超市 + 供货商

对应：消费者 + 交互场所 + 生产者

1.1 串行的概念

假如没有交互场所，只有消费者和生产者，是什么样的？

其实，我们之前肯定写过多次，串行的代码 -> 函数调用。

在这里插入图片描述
这就是串行，效率很低，必须是 funA()运行时，funB()才能跟着运行，也就是串行。

能否实现并行呢？

1.2 并行的概念

通过，交互场所，能够实现消费者和生产者的并行。

在这里插入图片描述

线程A和线程B可以并行，但是线程B需要等待线程A往交互场所写任务，它才能完成运行，不过它俩是能够并发运行的。所以说单线程间的任务交互，没必要利用生产者消费者模型，感觉没提升什么效率，关键用于多线程中。

在这里插入图片描述

这样人或者供货商可以各自做各自的事情，人去消费不用强相关供货商，供货商去生产不用强相关人。这就是 解耦。

1.3 简单总结：

三种关系：

消费者和消费者：竞争 + 互斥
生产者和生产者：竞争 + 互斥
生产者和消费者：同步 + 互斥

两种身份： 生产者 + 消费者
一个场所： 一段内存(STL容器，内存空间)

2. 基于阻塞队列(block queue)实现此模型

2.1 阻塞队列的实现

#include <iostream>
#include <queue>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>namespace bq
{template <class T>class block_queue{private:std::queue<T> tasK_queue_;int cap_;private:pthread_mutex_t mutex_;pthread_cond_t full_;pthread_cond_t empty_;private:bool is_full(){return tasK_queue_.size() == cap_;}bool is_empty(){return tasK_queue_.size()== 0;}void lock(){pthread_mutex_lock(&mutex_);}void unlock(){pthread_mutex_unlock(&mutex_);}void producterwait(){pthread_cond_wait(&full_, &mutex_);}void consumerwait(){pthread_cond_wait(&empty_, &mutex_);}void producterwake(){pthread_cond_signal(&full_);}void consumerwake(){pthread_cond_signal(&empty_);}public:void push(const T &in){lock();while (is_full()){producterwait();}tasK_queue_.push(in);consumerwake();unlock();}void pop(T *out){lock();while (is_empty()){consumerwait();}*out = tasK_queue_.front();tasK_queue_.pop();producterwake();unlock();}public:block_queue(int cap = 5) : cap_(cap){pthread_mutex_init(&mutex_, NULL);pthread_cond_init(&full_, NULL);pthread_cond_init(&empty_, NULL);}~block_queue(){pthread_mutex_destroy(&mutex_);pthread_cond_destroy(&full_);pthread_cond_destroy(&empty_);}};
}

代码直接就给出来了。

(1) 私有成员：

 private:std::queue<T> tasK_queue_;int cap_;

这俩货，第一个就是我们的任务队列，往里面方任务。第二个就是我们认为能放的任务的数量(自己规定)。

private:pthread_mutex_t mutex_;pthread_cond_t full_;pthread_cond_t empty_;

第一个是锁，对吧，保护临界资源的。然后就是两个条件变量，full_用于在任务满的情况下，生产者等待；empty_用于在没任务的情况下，消费者等待。

唤醒呢？

是否唤醒生产者，谁知道？消费者知道，消费者消费一个任务，就可以去唤醒生产者了。
是否唤醒消费者，谁知道？生产者知道，生产者生产一个任务，就可以去唤醒消费者了。

然后的私有成员函数：都是我封装的接口，大家可以自行看看，很简单，为了让大家好看懂代码，才封装成函数的。

(2) 共有成员：

public:void push(const T &in){lock();while (is_full()){producterwait();}tasK_queue_.push(in);consumerwake();unlock();}void pop(T *out){lock();while (is_empty()){consumerwait();}*out = tasK_queue_.front();tasK_queue_.pop();producterwake();unlock();}

push()，肯定是生产者往阻塞队列中放任务。pop()，消费者，消费任务。

可以看到，我用lock()和unlock()对临界资源进行了保护。

如果任务满了，那么生产者就等待(挂起)，也就等消费者去消费，消费者消费了之后，就会唤醒生产者。

如果任务空了，那么消费者就会等待(挂起)，等待生产者去生产，生产者生产后，就会唤醒消费者。

然后就是构造函数和析构函数，完成对锁，条件变量，以及任务数量的确定即可。

2.2 使用阻塞队列，单线程

#include"block_queue.hpp"
using namespace bq;void* do_prodect(void* des)
{block_queue<int>* bq = (block_queue<int>*) des;while(true){int date =rand()%20 +1;bq->push(date);std::cout<<"生产了一个数据："<<date<<std::endl;}
}
void* do_consum(void* des)
{block_queue<int>* bq = (block_queue<int>*) des;while(true){sleep(2);int date = 0;bq->pop(&date);std::cout<<"消费了一个数据："<<date<<std::endl;}
}int main()
{ srand((long long)time(NULL));pthread_t prodecter;pthread_t consumer;block_queue<int> *hh = new block_queue<int>();pthread_create(&prodecter,NULL,do_prodect,(void*)hh);pthread_create(&consumer,NULL,do_consum,(void*)hh);pthread_join(prodecter,NULL);pthread_join(consumer,NULL);}

来看看结果：

在这里插入图片描述

2.3 使用阻塞队列，多线程

#include "block_queue.hpp"
using namespace bq;void *do_prodect(void *des)
{block_queue<int> *bq = (block_queue<int> *)des;while (true){int date = rand() % 20 + 1;bq->push(date);std::cout<<"i am "<<pthread_self() << "生产了一个数据：" << date << std::endl;}
}
void *do_consum(void *des)
{block_queue<int> *bq = (block_queue<int> *)des;while (true){sleep(2);int date = 0;bq->pop(&date);std::cout <<"i am"<<pthread_self() << "消费了一个数据：" << date << std::endl;}
}int main()
{srand((long long)time(NULL));pthread_t prodecter[5];pthread_t consumer[5];block_queue<int> *hh = new block_queue<int>();for (int i = 0; i < 5; i++){pthread_create(prodecter + i, NULL, do_prodect, (void *)hh);}for (int i = 0; i < 5; i++){pthread_create(consumer + i, NULL, do_consum, (void *)hh);}for (int i = 0; i < 5; i++){pthread_join(prodecter[i], NULL);}for (int i = 0; i < 5; i++){pthread_join(consumer[i], NULL);}
}

看运行结果：

在这里插入图片描述

2.4 总结：阻塞队列实现的消费者生产者模式

基本框架是一个队列。
使用锁完成互斥
使用条件变量完成同步

在这里要讲两个细节：

为什么条件变量等待，要把锁传进去

条件变量完成同步，这个等待是个关键，一个线程要是单纯的被挂起来，它还要保护临界资源，带着锁被挂起，所以别的线程依旧无法竞争锁，什么时候被单纯的挂起，比如它的时间片到了，也就是cpu说：你别一直运行，让别的线程跑一会，把它挂起来了，因为它带着锁被挂起，所以其他线程若是访问同一个临界资源，还是访问不到，因为申请锁不成功。

那么条件变量这里的挂起，它要实现同步呀，所以要是这个线程被挂起，那么会自动的释放锁，其他的线程可以竞争到锁了。那么当这个线程被唤醒，它会最优先的抢到锁，然后再去执行它后续代码。

这也就解释了，为什么，条件变量下等待要传一把锁。

为什么要用 while ，判断是否要等待？用 if 不行吗？

在这里插入图片描述

用 if 会出bug的。

解释：
首先，有没有可能，它挂起失败了？当然挂起失败我们可以再加一个 if语句来判断。
其次，如果是被伪唤醒呢？伪唤醒，就是有时间差的消费者和生产者，比如消费者被挂起了，但是之前有个生产者一直在唤醒消费者，发了好多次 wakeup，这时候这个消费者就被伪唤醒了，但是当下任务还是空的，它是被伪唤醒的。

所以最好用一个 while ，就解决所有问题了，伪唤醒也不怕，因为，你把我唤醒，我照样要做一次判断当下是不是还需要被挂起。

3. 基于环形队列实现此模式

3.1 信号量

什么信号量？用于衡量临界资源数目的计数器。

通过信号量可以实现多线程同步，怎么做到的呢？信号量可以衡量当下临界资源的数目。比如：有一个数组，它的数目就是当下临界资源的数目，线程想要访问这个数组，就需要申请信号量资源，这个申请可以是预定，没必要访问这个数组时，才算申请成功。通过这种预定机制，是不是就使得一个线程访问数组中的一个元素？所以多个线程，就可以访问这一个数组的不同元素，也就是完成了多线程的同步。

很抽象，不过，画个图，再写个代码，就好理解了。

(1) 假如数组如下：

在这里插入图片描述
(2) 有两个线程 A，B，来申请信号量：

那么信号量说：好的，你俩一人一个，不要抢

在这里插入图片描述
如果：信号量为 0了，说明没有临界资源了，那么来申请的线程就会被挂起，等待。
这就是 P() 操作，信号量 - -。

(3) 现在线程B，不再访问这个数组了，那么就是释放信号量

在这里插入图片描述

这就是 V()操作，信号量 ++。

总结： 可能有人说这不对了，信号量本身也是临界资源，你对它又是 ++ 又是 - -的，谁保证它的安全。对，保证它的安全，靠的是上锁。我写一段伪代码帮助大家理解：

P()操作：

申请信号量资源：
start:
lock();
if(count<=0)
{wite();//挂起// 挂起结束，重新申请信号量资源go to start;
}
else
{count--;
}
unlock();

V()操作：

lock();count++;unlock();

3.2 操作信号量的接口函数

(1) 初始化信号量

在这里插入图片描述

函数参数：第一个参数 sem 表示要初始化的信号量；第二个参数 pshared 表示对控制信号量的控制，0 表示该信号量用于多线程间的同步，值如果大于 0，表示可以共享，用于多个进程间同步；第三个参数是赋值给信号量的值
函数的返回值：0表示初始化成功，其他表示初始化失败

(2) 销毁信号量

在这里插入图片描述

这个简单，就把信号量的地址，传进去，就销毁了。

(3) 等待信号量(申请信号量) -> P()操作

在这里插入图片描述
也简单昂，就将信号量的地址，传进去，结局就是将信号量的值减一。如果申请不到信号量资源，它会挂起线程等待，反正最终结果就是信号量值减一，表示被申请走一块临界资源。

(4) 发布信号量(释放信号量)-> V()操作

在这里插入图片描述
不解释了，信号量加一。

3.3 认识环形队列

上面讲信号量，就是要用在环形队列多线程实现同步，为什么不用条件变量来实现同步呢？因为复杂呗，那需要多个条件变量的判断才能完成，但对于信号量来说，P(),V() 操作就可以了。

环形队列是什么？链表是带头双向循环，数组也能看成环形队列，我们用数组实现，因为简单易懂。

比如：

这就是一个数组：
在这里插入图片描述
每使用一块资源，我就使得 count ++，加到末尾的时候：

在这里插入图片描述
加到末尾，那么我使得 count 对数组的长度取模，也就是 count %= 数组长度，就完成了循环：

在这里插入图片描述

数组通过模运算完成模拟环形队列。

3.4 环形队列实现生产者消费者模式的基本思想

现在，我们已经知道，数组是可以实现环形队列的。但是对于生产者和生产者，消费者和消费者，以及生产者和消费者之间的关系，如何维护？

首先，生产和生产，消费和消费之间关系是竞争和互斥：分别用两把锁就可以搞定。竞争就是竞争资源，不过体现形式是竞争锁，竞争到锁就竞争到了资源；互斥是用锁去维护。

然后，就是生产者和消费者，它们是互斥和同步：用信号量就能解决，信号量可以维护互斥，这是好理解的，因为信号量规定当下一个线程只能用一块临界资源，同时也支持同步，因为一个线程只使用一块临界资源，互不干扰。

最后，我们来用图表示出这些关系，主要来表示出生产者和消费者的关系。

生产者：关注 -> 环形队列中有没有空的位置
消费者：关注 -> 环形队列中有没有数据

所以生产者 -> 考虑的信号量是空的位置，消费者 -> 考虑的信号量是数据。

blank是位置的信号量，date是数据的信号量：

在这里插入图片描述

规则：

消费者不能超过生产者，消费者在生产者后面，如果超过生产者，那就是重复消费，生产者还没生产
生产者不能超过消费者一圈及以上，如果超过一圈以上那就覆盖数据了，消费者还没来得及消费
队列为空，生产者先访问环形队列；队列为满，消费者先访问环形队列。

3.5 环形队列的实现

#include<iostream>
#include<vector>
#include<pthread.h>
#include<semaphore.h>
#include<time.h>
#include<unistd.h>
namespace rq
{template<class T>class ring_queue{private:std::vector<T> task_vector_;int cap_;int pro_setp_;int con_setp_;private:pthread_mutex_t con_mutex_;pthread_mutex_t pro_mutex_;sem_t blank_;sem_t date_;private:void con_lock(){pthread_mutex_lock(&con_mutex_);}void pro_lock(){pthread_mutex_lock(&pro_mutex_);}void con_unlock(){pthread_mutex_unlock(&con_mutex_);}void pro_unlock(){pthread_mutex_unlock(&pro_mutex_);}void pro_wait(){sem_wait(&blank_);}void con_wait(){sem_wait(&date_);}void pro_post(){sem_post(&date_);}void con_post(){sem_post(&blank_);}public:void push(const T& in){pro_wait(); // P()操作 空余位置pro_lock();task_vector_[pro_setp_] = in;pro_setp_++;pro_setp_ %= cap_;pro_unlock();pro_post(); // v()操作 数据}void pop(T* out){con_wait(); // p()操作 数据con_lock();*out = task_vector_[con_setp_];con_setp_++;con_setp_ %= cap_;con_unlock();con_post();}public:ring_queue(int cap = 10):cap_(cap),task_vector_(cap){pthread_mutex_init(&con_mutex_,NULL);pthread_mutex_init(&pro_mutex_,NULL);sem_init(&blank_,0,cap);sem_init(&date_,0,0);pro_setp_ = con_setp_ = 0;}~ring_queue(){pthread_mutex_destroy(&con_mutex_);pthread_mutex_destroy(&pro_mutex_);sem_destroy(&blank_);sem_destroy(&date_);}};
}

(1) 私有成员

private:std::vector<T> task_vector_;int cap_;int pro_setp_;int con_setp_;

我们用数组来模拟实现环形队列，所以用了 vector。 cap_ 我们设置的数组大小。pro_setp_是用于记录当下生产者的位置。con_setp_是用于记录当下消费者的位置。

 private:pthread_mutex_t con_mutex_;pthread_mutex_t pro_mutex_;sem_t blank_;sem_t date_;

两把锁，分别保护生产者和消费者的临界资源。两个信号量用于衡量临界资源的数目，需要注意的是：生产者关注当前空余的位置是否还有？消费者关注当前是否还有待消费的数据？

剩余的私有成员函数，就是我对上锁解锁的封装，还有就是对于信号量的P(),V()操作。

这里有个细节：

生产者 P()操作的是空余的位置，V()操作的是数据的数目
消费者 P()操作的是数据的数目，V()操作的是空余的位置

上面逻辑图中有，简单说一句：生产者申请空余位置->P()，生产好数据后，数据的数目增加了 ->V();消费者反之。

(2)公共成员：

 public:void push(const T& in){pro_wait(); // P()操作 空余位置pro_lock();task_vector_[pro_setp_] = in;pro_setp_++;pro_setp_ %= cap_;pro_unlock();pro_post(); // v()操作 数据}void pop(T* out){con_wait(); // p()操作 数据con_lock();*out = task_vector_[con_setp_];con_setp_++;con_setp_ %= cap_;con_unlock();con_post();   }

可以看到，先 wait操作，也就是先申请信号量资源，这就相当于我之前说过的预定机制，然后再上锁保护临界资源，也就是说：多个生产者线程来了，那么就先申请信号量资源，然后再去竞争锁，竞争成功你就去运行，然后释放锁就行了，没必要把申请信号量资源也给锁起来。这是实现线程并发的关键。

还有那个 %= ，这个应该都懂吧。

然后就是构造函数，和析构函数：

构造函数：初始化了cap_，vector，锁，信号量，以及当前所在位置(默认开始都是 0)。
析构函数：销毁了锁，信号量

3.6 使用环形队列，单线程

#include"ring_queue.hpp"
using namespace rq;void* do_prodect(void* des)
{ring_queue<int>* T =(ring_queue<int>*)des;while(true){int date =rand()%20 +1;T->push(date);std::cout<<"生产了一个数据"<<date<<std::endl;}
}void* do_consum(void* des)
{ring_queue<int>* T =(ring_queue<int>*)des;while(true){sleep(2);int out = 0;T->pop(&out);std::cout<<"消费了一个数据"<<out<<std::endl;}
}int main()
{srand((long long)time(NULL));pthread_t prodecter;pthread_t consummer;ring_queue<int> *task = new ring_queue<int>();pthread_create(&prodecter,NULL,do_prodect,(void*)task);pthread_create(&consummer,NULL,do_consum,(void*)task);pthread_join(prodecter,NULL);pthread_join(consummer,NULL);return 0;
}

运行结果：

在这里插入图片描述

3.7 使用环形队列，多线程

#include"ring_queue.hpp"
using namespace rq;void* do_prodect(void* des)
{ring_queue<int>* T =(ring_queue<int>*)des;while(true){int date =rand()%20 +1;T->push(date);std::cout<<"i am "<<pthread_self()<<"生产了一个数据"<<date<<std::endl;}
}void* do_consum(void* des)
{ring_queue<int>* T =(ring_queue<int>*)des;while(true){sleep(2);int out = 0;T->pop(&out);std::cout<<"i am "<<pthread_self()<<"消费了一个数据"<<out<<std::endl;}
}int main()
{srand((long long)time(NULL));pthread_t prodecter[5];pthread_t consummer[5];ring_queue<int> *task = new ring_queue<int>();for(int i=0;i<5;i++){pthread_create(prodecter+i,NULL,do_prodect,(void*)task);}for(int i=0;i<5;i++){pthread_create(consummer+i,NULL,do_consum,(void*)task);}for(int i=0;i<5;i++){pthread_join(prodecter[i],NULL);}for(int i=0;i<5;i++){pthread_join(consummer[i],NULL);}return 0;
}

看运行结果：
在这里插入图片描述

3.8 总结：环形队列实现的消费者生产者模式

基本框架是一个数组。
使用锁:完成生产者和生产者，消费者和消费者之间的竞争和互斥关系
使用信号量：完成生产者和消费者的互斥，同步

4. 线程池 -> 消费者生产者模型

说实话，泡池子，对于求职者很难受。但是线程池是个好东西，它提高了效率，这个效率有点难解释，不过耐心往下看。

正常情况下，我们是创建线程，然后给线程分配任务。分析一下这个过程:创建线程，这是耗时间耗掉空间的；然后给线程分配任务，这也有点耗时。单线程执行还好，要是我们创建多个线程，是不就有点麻烦了，操作系统得给你多次创建线程，也就我们从用户态到内核态多次转换，很耗时。

如果是线程池呢？我们将多个线程封装到一个类中，当我们创建一个类对象，这些线程会自动的创建好，然后就是愉快的分配任务。这是省事的，一次性让操作系统创建了多个线程，供我们调用。

创建多个线程是好理解的，但是分配任务，怎么分配？可以用一个任务队列来存任务。

具体关系如图：

在这里插入图片描述

4.1 实现线程池

#include <iostream>
#include <queue>
#include <pthread.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>namespace thread_pool
{template <class T>class my_thread_pool{private:int num_;std::queue<T> task_queue_;private:pthread_mutex_t mutex_;pthread_cond_t cond_;public:void lock(){pthread_mutex_lock(&mutex_);}void unlock(){pthread_mutex_unlock(&mutex_);}bool is_empty(){return task_queue_.empty();}void wait(){pthread_cond_wait(&cond_, &mutex_);}void wakeup(){pthread_cond_signal(&cond_);}public:static void *routine(void *des){pthread_detach(pthread_self());my_thread_pool *tp = (my_thread_pool *)des;while (true){tp->lock();while (tp->is_empty()){tp->wait();}T task;tp->pop_task(&task);tp->unlock();std::cout << "i am " << pthread_self() << "消费了一个数据" << task << std::endl;}}public:void thread_pool_init(){pthread_t hh[num_];for (int i = 0; i < num_; i++){pthread_create(hh + i, NULL, routine, (void *)this);}}void push_task(const T &in){lock();task_queue_.push(in);unlock();wakeup();}void pop_task(T *out){*out = task_queue_.front();task_queue_.pop();}public:my_thread_pool(int num = 5) : num_(num){pthread_mutex_init(&mutex_, NULL);pthread_cond_init(&cond_, NULL);}~my_thread_pool(){pthread_mutex_destroy(&mutex_);pthread_cond_destroy(&cond_);}};
}

(1)私有成员

  private:int num_;std::queue<T> task_queue_;private:pthread_mutex_t mutex_;pthread_cond_t cond_;

num_ 是自定义的线程数目；task_queue是存放任务的队列；mutex_是锁用于保护临界资源，临界资源就是任务队列；cond_条件变量，用于实现线程池中线程的同步。

(2)公有成员

可以看到，有很多的公有成员，相对上面实现的两种方法。主要是因为，线程池中的线程想要执行类内的函数，这个函数必须是静态成员，为什么？

因为类内的成员函数，都有隐藏的this指针，这不符合线程可以执行的函数。

在这里插入图片描述
线程可执行的方法函数，必须是 void* 函数名 (void* )，这样的。所以需要使用静态成员函数。

先说说初始化线程，下面这个成员函数就完成了创建 num_个线程，这里有个细节，就是 ->
pthread_create()中，传了一个参数 (void*)this,这是为了让num_个线程拿到同一个 my_thread_pool类对象。

void thread_pool_init(){pthread_t hh[num_];for (int i = 0; i < num_; i++){pthread_create(hh + i, NULL, routine, (void *)this);}}

然后就是线程的执行函数，毫无疑问设置为静态的：

pthread_detach()是线程分离，使得线程不需要被等待，自动回收资源。
利用 void* 传参，再用(my_thread_pool *)强转，就完成了拿到同一个类对象。
因为这个函数要从任务队列中拿任务，所以需要上锁，如果任务队列为空，那么就需要等待；等待成功，那么就拿出任务去执行，但是去执行前可以先把锁释放了，因为任务队列中的任务被取出后就不是临界资源了，它属于具体的一个线程。

 static void *routine(void *des){pthread_detach(pthread_self());my_thread_pool *tp = (my_thread_pool *)des;while (true){tp->lock();while (tp->is_empty()){tp->wait();}T task;tp->pop_task(&task);tp->unlock();std::cout << "i am " << pthread_self() << "消费了一个数据" << task << std::endl;}}

上锁解锁，条件变量等待.唤醒，之所以设置成共有的，是因为静态函数中要调用

public:void lock(){pthread_mutex_lock(&mutex_);}void unlock(){pthread_mutex_unlock(&mutex_);}bool is_empty(){return task_queue_.empty();}void wait(){pthread_cond_wait(&cond_, &mutex_);}void wakeup(){pthread_cond_signal(&cond_);}

放任务，取出任务

    void push_task(const T &in){lock();task_queue_.push(in);unlock();wakeup();}void pop_task(T *out){*out = task_queue_.front();task_queue_.pop();}

放任务可以看成生产者的工作，因为要访问临界资源任务队列，所以要上锁，完成放任务后，可以唤醒等待的线程。
取任务就是 static void *routine(void *des) 中会调用它，切记这里不要再上锁了，因为在routine中已经上锁了，如果这里继续申请锁，那就成死锁了。

最后就构造函数和析构函数

 public:my_thread_pool(int num = 5) : num_(num){pthread_mutex_init(&mutex_, NULL);pthread_cond_init(&cond_, NULL);}~my_thread_pool(){pthread_mutex_destroy(&mutex_);pthread_cond_destroy(&cond_);}

这个就不过多解释了。

4.2 使用线程池

#include"thread_pool.hpp"
using namespace thread_pool;int main()
{my_thread_pool<int>* mp = new my_thread_pool<int>();mp->thread_pool_init();srand((long long) time(NULL));while(true){sleep(2);int date = rand()%100 +1;mp->push_task(date);std::cout<<"生产了一个数据"<<date<<std::endl;}
}

我让主线程去不断的生产数据，然后将数据 push_task()到所创建的类对象 mp中。

运行结果：
在这里插入图片描述

4.3 总结线程池

一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。

很明显，上面的线程池实现完全是按照图下的逻辑实现的：

在这里插入图片描述