利用C++11 实现：迷你线程池+CAS自旋锁

1. 概述

最近有学习一些关于C++11从语法层面上提供的多线程编程。本来考虑使用C++11的互斥锁来实现线程间的互斥，而C++提供的互斥锁是比较简单的，和Linux的使用没有太大区别。

另一方面，在面试的时候，会涉及一些无锁的互斥手法。比如：在webserver项目中，请求队列的任务在出队和入队上都需要互斥锁。而互斥锁比较重，需要执行系统调用。而系统调用又需要陷入内核态，调度完切换回用户态又需要时间，因此效率较低。这时候，采用CAS+自旋锁的手法效率会比较高。

因此，下面的例子借鉴陈硕大神在muduo网络库实现一个迷你版的线程池。在这个线程池中，我们把线程类Thread和线程池类ThreadPool进行解耦，让模块与模块之间的耦合度更低。在实现细节上：

1. 其中，ThreadPool类定义了线程池中的子线程的工作函数runInThread，这个在muduo网络库里面其实是开发了个接口给用户进行定义的，但是在这里我们没有提供这个借口，感兴趣的读者可以自行拓展封装。

2. 我们实现了一个CAS类的自旋锁，其实现使用了C++11提供的原子类atomic。

2. 代码实现

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int mutex = 0;
int lock = 1;
int unlock = 0;

class CAS {
public:
	CAS() : flag(false) {}

	// 上锁
	void lock() {
		bool expect = false;
		// 1. 如果flag的值（锁的值）和期望的值相等，那么将新的值赋给flag，返回true
		// 2. 如果flag的值（锁的值）和期望值不相等，那么将flag的值赋给expect，返回false，因此每次都要重置expect
		while (!flag.compare_exchange_weak(expect, true)) {
			expect = false;
		}
	}

	// 解锁
	void unlock() {
		flag.store(false);
	}

private:
	CAS(const CAS&) = delete;
	CAS& operator=(const CAS&) = delete;
	atomic<bool> flag; // false为解锁状态 true为上锁状态
};


class Thread {
public:
	Thread(function<void()> func) : func_(func) {}

	thread start() {
		thread t(func_);
		return t;
	}

private:
	function<void()> func_;
};

class ThreadPool {
public:

	void startPool(int poolSize) {
		for (int i = 0; i < poolSize; ++i) {
			pool_.push_back(new Thread(bind(&ThreadPool::runInPool, this, i)));
		}

		for (int i = 0; i < poolSize; ++i) {
			handler_.push_back(pool_[i]->start());
		}

		for (int i = 0; i < poolSize; ++i) {
			handler_[i].join();
		}
	}

private:
	// 工作函数
	void runInPool(int threadId) {
		mutex_.lock();
		cout << "Thread start! Thread Id:" << threadId << endl;
		mutex_.unlock();
	}

	vector<Thread*> pool_;
	vector<thread> handler_;

	CAS mutex_;
};


int main() {

	ThreadPool pool;
	pool.startPool(10);

	return 0;
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91