线程池通过复用工作线程减少开销，核心由线程集合、任务队列、互斥锁、条件变量和停止标志组成；任务以std::function形式入队，线程在循环中安全取任务执行；析构时设停止标志并唤醒所有线程，确保正常退出。
实现一个简单的C++线程池，核心是管理一组可复用的工作线程，避免频繁创建和销毁线程带来的开销。通过任务队列将待执行的任务缓存起来，由空闲线程自动取走执行。以下是设计与实现的基本思路。
1. 线程池的基本组成
一个基础的线程池通常包含以下几个部分：
- 线程集合：在构造时启动固定数量的工作线程，等待任务。
-
任务队列：使用队列（如 std::queue）保存待处理的任务，任务一般以函数对象（std::function
）形式存储。 - 互斥锁与条件变量：保护任务队列的线程安全，使用 std::mutex 和 std::condition_variable 实现线程同步。
- 控制信号：如停止标志，用于通知线程退出循环。
2. 任务提交与执行机制
用户通过 thread pool 提交任务，任务被封装为可调用对象并加入队列。工作线程在循环中尝试从队列取出任务执行。
- 使用 std::function
作为任务类型，支持 lambda、函数指针、bind 表达式等。 - 任务入队时加锁，保证多线程提交安全。
- 使用条件变量唤醒等待线程，避免轮询浪费CPU。
工作线程的运行循环大致如下：
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while (!stop) {
std::function task;
{
std::unique_lock lock(queue_mutex);
condition.wait(lock, [this]{ return stop || !tasks.empty(); });
if (stop && tasks.empty()) return;
task = std::move(tasks.front());
tasks.pop();
}
task(); // 执行任务
}
3. 线程池的生命周期管理
析构函数需要妥善处理正在运行的任务和阻塞中的线程。
- 设置 stop 标志位，防止新任务加入。
- 唤醒所有等待中的线程（通过 condition_variable.notify_all()）。
- 对每个线程调用 join()，确保它们安全退出。
注意：不能在析构时强行 detach，否则可能导致未完成任务出错或资源泄漏。
4. 简化版实现要点
以下是最小可用版本的关键结构：
- 构造函数接受线程数量，启动对应数量的 worker 线程。
- 提供 template
void enqueue(F&& f) 接口，用于提交任意可调用对象。 - 内部任务队列使用 std::queue<:function>>。
- 所有共享数据访问必须加锁。
基本上就这些。一个轻量级线程池不需要复杂调度，重点是线程安全和资源正确释放。掌握这个模型后，可以扩展支持优先级任务、定时任务或动态扩容。不复杂但容易忽略细节，比如 notify_all 和锁的配合使用。
