Пул потоков с использованием boost asio

Ответ 1

Короче говоря, вам нужно обернуть предоставленную пользователем задачу другой функцией, которая будет:

• Вызов функции пользователя или вызываемого объекта.
• Блокировка мьютекса и уменьшение счетчика.

Возможно, я не понимаю всех требований к этому пулу потоков. Таким образом, для ясности здесь приведен явный список того, что, по моему мнению, является следующим:

• Пул управляет временем жизни потоков. Пользователь не должен удалять потоки, которые находятся в пуле.
• Пользователь может назначить задачу пулу неинтрузивным способом.
• Когда задача назначается, если все потоки в пуле в настоящее время запускают другие задачи, задача отбрасывается.

Прежде чем я расскажу о реализации, есть несколько ключевых моментов, которые я хотел бы подчеркнуть:

• Как только поток запущен, он будет работать до завершения, отмены или завершения. Функция, выполняемая нитью, не может быть переназначена. Чтобы позволить одному потоку выполнять несколько функций в течение своей жизни, поток будет запускаться с функцией, которая будет считываться из очереди, например io_service::run(), и вызываемые типы отправляются в очередь событий, например как от io_service::post().
• io_service::run() возвращает, если в io_service нет ожидающей работы, io_service останавливается или исключение вызывается из обработчика, в котором работает поток. Чтобы предотвратить возврат io_serivce::run() при отсутствии незавершенной работы, можно использовать класс io_service::work.
• Определение требований типа задачи (т.е. тип задачи должен быть вызван синтаксисом object()) вместо того, чтобы требовать тип (то есть задача должна наследовать от process), обеспечивает большую гибкость для пользователя. Он позволяет пользователю задавать задачу как указатель функции или тип, предоставляющий нулевое значение operator().

Реализация с использованием boost::asio:

#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/thread.hpp>

class thread_pool
{
private:
  boost::asio::io_service io_service_;
  boost::asio::io_service::work work_;
  boost::thread_group threads_;
  std::size_t available_;
  boost::mutex mutex_;
public:

  /// @brief Constructor.
  thread_pool( std::size_t pool_size )
    : work_( io_service_ ),
      available_( pool_size )
  {
    for ( std::size_t i = 0; i < pool_size; ++i )
    {
      threads_.create_thread( boost::bind( &boost::asio::io_service::run,
                                           &io_service_ ) );
    }
  }

  /// @brief Destructor.
  ~thread_pool()
  {
    // Force all threads to return from io_service::run().
    io_service_.stop();

    // Suppress all exceptions.
    try
    {
      threads_.join_all();
    }
    catch ( const std::exception& ) {}
  }

  /// @brief Adds a task to the thread pool if a thread is currently available.
  template < typename Task >
  void run_task( Task task )
  {
    boost::unique_lock< boost::mutex > lock( mutex_ );

    // If no threads are available, then return.
    if ( 0 == available_ ) return;

    // Decrement count, indicating thread is no longer available.
    --available_;

    // Post a wrapped task into the queue.
    io_service_.post( boost::bind( &thread_pool::wrap_task, this,
                                   boost::function< void() >( task ) ) );
  }

private:
  /// @brief Wrap a task so that the available count can be increased once
  ///        the user provided task has completed.
  void wrap_task( boost::function< void() > task )
  {
    // Run the user supplied task.
    try
    {
      task();
    }
    // Suppress all exceptions.
    catch ( const std::exception& ) {}

    // Task has finished, so increment count of available threads.
    boost::unique_lock< boost::mutex > lock( mutex_ );
    ++available_;
  }
};

Несколько комментариев о реализации:

• Обработка исключений должна выполняться вокруг пользовательской задачи. Если пользовательская функция или вызываемый объект генерирует исключение, которое не относится к типу boost::thread_interrupted, вызывается std::terminate(). Это результат Boost.Thread исключения в функциях потоков. Также стоит прочитать Boost.Asio эффект исключений, отбрасываемых обработчиками.
• Если пользователь предоставляет task через boost::bind, тогда вложенный boost::bind не сможет скомпилироваться. Требуется один из следующих вариантов:
  • Не поддерживается task, созданный boost::bind.
  • Мета-программирование для выполнения ветвления разбора во время компиляции на основе того, будет ли пользователь вводить, если результат boost::bind, чтобы boost::protect мог использоваться, поскольку boost::protect работает только на определенных объектах функций.
  • Используйте другой тип, чтобы косвенно передать объект task. Я решил использовать boost::function для удобства чтения за счет потери точного типа. boost::tuple, хотя и немного менее читаемый, также можно использовать для сохранения точного типа, как показано в примере Boost.Asio serialization.

Код приложения теперь может использовать тип thread_pool неинтрузивно:

void work() {};

struct worker
{
  void operator()() {};
};

void more_work( int ) {};

int main()
{ 
  thread_pool pool( 2 );
  pool.run_task( work );                        // Function pointer.
  pool.run_task( worker() );                    // Callable object.
  pool.run_task( boost::bind( more_work, 5 ) ); // Callable object.
}

thread_pool может быть создан без Boost.Asio и может быть немного проще для сопровождающих, поскольку им больше не нужно знать о поведениях Boost.Asio, например, когда возвращается io_service::run(), а что означает io_service::work объект:

#include <queue>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/thread.hpp>

class thread_pool
{
private:
  std::queue< boost::function< void() > > tasks_;
  boost::thread_group threads_;
  std::size_t available_;
  boost::mutex mutex_;
  boost::condition_variable condition_;
  bool running_;
public:

  /// @brief Constructor.
  thread_pool( std::size_t pool_size )
    : available_( pool_size ),
      running_( true )
  {
    for ( std::size_t i = 0; i < pool_size; ++i )
    {
      threads_.create_thread( boost::bind( &thread_pool::pool_main, this ) ) ;
    }
  }

  /// @brief Destructor.
  ~thread_pool()
  {
    // Set running flag to false then notify all threads.
    {
      boost::unique_lock< boost::mutex > lock( mutex_ );
      running_ = false;
      condition_.notify_all();
    }

    try
    {
      threads_.join_all();
    }
    // Suppress all exceptions.
    catch ( const std::exception& ) {}
  }

  /// @brief Add task to the thread pool if a thread is currently available.
  template < typename Task >
  void run_task( Task task )
  {
    boost::unique_lock< boost::mutex > lock( mutex_ );

    // If no threads are available, then return.
    if ( 0 == available_ ) return;

    // Decrement count, indicating thread is no longer available.
    --available_;

    // Set task and signal condition variable so that a worker thread will
    // wake up andl use the task.
    tasks_.push( boost::function< void() >( task ) );
    condition_.notify_one();
  }

private:
  /// @brief Entry point for pool threads.
  void pool_main()
  {
    while( running_ )
    {
      // Wait on condition variable while the task is empty and the pool is
      // still running.
      boost::unique_lock< boost::mutex > lock( mutex_ );
      while ( tasks_.empty() && running_ )
      {
        condition_.wait( lock );
      }
      // If pool is no longer running, break out.
      if ( !running_ ) break;

      // Copy task locally and remove from the queue.  This is done within
      // its own scope so that the task object is destructed immediately
      // after running the task.  This is useful in the event that the
      // function contains shared_ptr arguments bound via bind.
      {
        boost::function< void() > task = tasks_.front();
        tasks_.pop();

        lock.unlock();

        // Run the task.
        try
        {
          task();
        }
        // Suppress all exceptions.
        catch ( const std::exception& ) {}
      }

      // Task has finished, so increment count of available threads.
      lock.lock();
      ++available_;
    } // while running_
  }
};