C++ 多线程编程中线程池的使用场景有哪些？

线程池用于管理线程，通过维护预分配的线程池来减少线程开销。具体场景包括：减少线程创建和销毁开销；管理并发性，防止资源耗尽；提高代码简洁性，消除线程管理细节。

C++ 多线程编程中线程池的使用场景

线程池是一种管理线程的机制，它可以提高多线程编程的效率和性能。在 C++ 中，可以通过使用 std::thread 和 std::condition_variable 等标准库来实现线程池。

以下是一些使用线程池的常见场景：

• 减少线程创建和销毁的开销：创建和销毁线程是一个相对昂贵的操作。线程池通过维护一个预先分配的线程池来避免这个开销。
• 管理并发性：线程池可以限制同时执行的线程数量，这对于防止系统资源耗尽非常重要。
• 提高代码简洁性：线程池可以简化多线程编程，因为它消除了管理线程本身的繁琐细节。

实战案例

以下是一个使用 std::thread 和 std::condition_variable 在 C++ 中实现线程池的示例：

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

using namespace std;

// 线程池类
class ThreadPool {
public:
    ThreadPool(int num_threads) : stop(false) {
        // 创建指定数量的线程并将其添加到线程池
        for (int i = 0; i < num_threads; i++) {
            threads.emplace_back([this] {
                while (!stop) {
                    unique_lock<mutex> lock(mtx);
                    if (!tasks.empty()) {
                        // 从任务队列中获取任务
                        auto task = tasks.front();
                        tasks.pop();
                        // 执行任务
                        task();
                        // 通知条件变量任务已完成
                        cv.notify_one();
                    } else {
                        // 如果任务队列为空，则等待新任务
                        cv.wait(lock);
                    }
                }
            });
        }
    }

    ~ThreadPool() {
        // 停止所有线程
        stop = true;
        cv.notify_all();

        // 等待所有线程完成
        for (auto& thread : threads) {
            thread.join();
        }
    }

    // 向任务队列添加任务
    void enqueue(function<void()> &&task) {
        unique_lock<mutex> lock(mtx);
        tasks.push(move(task));
        // 通知条件变量有新任务
        cv.notify_one();
    }

private:
    bool stop;  // 线程池停止标志
    mutex mtx;  // 用于保护任务队列和条件变量
    condition_variable cv;  // 用于等待新任务
    queue<function<void()>> tasks;  // 任务队列
    vector<thread> threads;  // 线程池中的线程
};

int main() {
    // 创建具有 4 个线程的线程池
    ThreadPool pool(4);

    // 向线程池添加 10 个任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        pool.enqueue([i] {
            cout << "Task " << i << " executed by thread " << this_thread::get_id() << endl;
        });
    }

    return 0;
}

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在这个例子中，我们创建了一个 ThreadPool 类，它维护一个预先分配的线程池。任务通过 enqueue 函数添加到任务队列中。线程池中的线程持续不断地从任务队列中获取任务并执行它们。当任务队列为空时，线程会等待条件变量被通知，表明有新任务可用。

输出如下所示：

Task 0 executed by thread 139670130218816
Task 1 executed by thread 139670129941952
Task 2 executed by thread 139670130082240
Task 3 executed by thread 139670130226176
Task 4 executed by thread 139670129949696
Task 5 executed by thread 139670130233920
Task 6 executed by thread 139670129957440
Task 7 executed by thread 139670130090080
Task 8 executed by thread 139670130241664
Task 9 executed by thread 139670129965184

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