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Linux线程池详解（小白也能学会的多线程编程技巧）

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系统教程
2026-02-26
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Linux线程池详解（小白也能学会的多线程编程技巧）

在多线程编程中，频繁地创建和销毁线程会带来巨大的性能开销。为了解决这个问题，Linux线程池应运而生。线程池是一种多线程处理形式，它将多个任务提交给一组预先创建好的线程进行处理，从而避免了重复的线程创建与销毁，提升了系统响应速度和资源利用率。本文将以C语言为例，带您一步步实现一个简单的线程池。

什么是线程池？

线程池是一种设计模式，在多线程编程中维护了一个线程队列，这些线程等待执行提交给它们的任务。当有新的任务到来时，线程池会分配一个空闲线程去处理，处理完成后线程并不会销毁，而是回到池中等待下一个任务。这种方式大大减少了线程创建和销毁的时间，特别适合短小任务频繁的场景。

为什么需要线程池？

在Linux系统中，使用pthread创建线程需要进行系统调用，分配资源，这些都是耗时操作。如果每个请求都创建一个线程，当并发量高时，系统可能因线程过多而耗尽资源。线程池通过复用固定数量的线程，既控制了并发度，又避免了频繁创建销毁的开销。因此，线程池实现是高并发服务器中的核心组件。

线程池的实现原理

一个基本的线程池包含以下要素：任务队列、线程数组、同步机制（互斥锁和条件变量）。工作线程从任务队列中取出任务执行，如果队列为空，则等待条件变量。任务提交者将任务封装后放入队列，并唤醒等待的线程。

下面我们通过C语言线程池的简单实现来加深理解。

C语言实现线程池示例

    #include #include #include #include // 任务结构体typedef struct task {    void (function)(void arg);    void* arg;    struct task* next;} task_t;// 线程池结构体typedef struct threadpool {    pthread_t* threads;    int thread_count;    task_t* task_queue_head;    task_t* task_queue_tail;    pthread_mutex_t mutex;    pthread_cond_t cond;    int stop;} threadpool_t;// 工作线程函数void* worker(void* arg) {    threadpool_t* pool = (threadpool_t*)arg;    while (1) {        pthread_mutex_lock(&pool->mutex);        while (pool->task_queue_head == NULL && !pool->stop) {            pthread_cond_wait(&pool->cond, &pool->mutex);        }        if (pool->stop) {            pthread_mutex_unlock(&pool->mutex);            break;        }        task_t* task = pool->task_queue_head;        pool->task_queue_head = task->next;        if (pool->task_queue_head == NULL)            pool->task_queue_tail = NULL;        pthread_mutex_unlock(&pool->mutex);        task->function(task->arg);        free(task);    }    return NULL;}// 初始化线程池threadpool_t* threadpool_create(int thread_count) {    threadpool_t* pool = malloc(sizeof(threadpool_t));    pool->thread_count = thread_count;    pool->threads = malloc(sizeof(pthread_t) * thread_count);    pool->task_queue_head = pool->task_queue_tail = NULL;    pthread_mutex_init(&pool->mutex, NULL);    pthread_cond_init(&pool->cond, NULL);    pool->stop = 0;    for (int i = 0; i < thread_count; i++) {        pthread_create(&pool->threads[i], NULL, worker, pool);    }    return pool;}// 提交任务void threadpool_add_task(threadpool_t* pool, void (function)(void), void* arg) {    task_t* new_task = malloc(sizeof(task_t));    new_task->function = function;    new_task->arg = arg;    new_task->next = NULL;    pthread_mutex_lock(&pool->mutex);    if (pool->task_queue_tail == NULL) {        pool->task_queue_head = pool->task_queue_tail = new_task;    } else {        pool->task_queue_tail->next = new_task;        pool->task_queue_tail = new_task;    }    pthread_cond_signal(&pool->cond);    pthread_mutex_unlock(&pool->mutex);}// 销毁线程池void threadpool_destroy(threadpool_t* pool) {    if (pool == NULL) return;    pthread_mutex_lock(&pool->mutex);    pool->stop = 1;    pthread_cond_broadcast(&pool->cond);    pthread_mutex_unlock(&pool->mutex);    for (int i = 0; i < pool->thread_count; i++) {        pthread_join(pool->threads[i], NULL);    }    pthread_mutex_destroy(&pool->mutex);    pthread_cond_destroy(&pool->cond);    free(pool->threads);    task_t* temp;    while (pool->task_queue_head) {        temp = pool->task_queue_head;        pool->task_queue_head = temp->next;        free(temp);    }    free(pool);}// 示例任务函数void mytask(void* arg) {    int num = (int)arg;    printf("Thread %lu processing task %d", pthread_self(), num);    sleep(1);}int main() {    threadpool_t* pool = threadpool_create(4);    int* nums = malloc(sizeof(int) * 10);    for (int i = 0; i < 10; i++) {        nums[i] = i;        threadpool_add_task(pool, mytask, &nums[i]);    }    sleep(5);    threadpool_destroy(pool);    free(nums);    return 0;}

上述代码演示了如何创建一个包含4个工作线程的线程池，并提交10个任务。每个任务打印自己的编号和线程ID，然后睡眠1秒模拟工作。注意，实际使用时需要更完善的错误处理和同步机制。