一个跨平台, 简单易用的Header-only线程池库, 基于Task提交, 支持提交任意参数提交, 支持获取返回值.
GitHub仓库地址
📌 线程池简介
线程池（Thread Pool）是一种基于池化思想管理线程的工具，经常出现在多线程编程中。
它的核心思想是：预先创建一定数量的线程放在“池子”里，任务来了就把任务交给空闲的线程来处理，而不是每次都新建线程。
🚀特性亮点
任务提交灵活：支持任意可调用对象与参数组合，返回 std::future
线程安全：使用 std::mutex / std::condition_variable / std::atomic 构建同步机制
跨平台：纯 C++11 实现，兼容 Windows 与 POSIX 等系统
Header-only：仅需包含 thread_pool.h，零依赖，即可使用
RAII 自动管理资源：析构时自动关闭线程池，防止资源泄露
任务等待机制：支持主动调用 wait_all() 等待所有任务完成
灵活关闭策略：默认是自动关闭线程池的, 如果有需要可以手动关闭线程池:
WaitForAllTasks: 等待所有任务完成后关闭
DiscardPendingTasks: 丢弃未开始的任务立即关闭
📦 快速开始
安装使用
拷贝thread_pool.h到你的项目目录，然后在代码中引入：
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#include "thread_pool.h"
无需额外依赖，完全头文件实现。
基础示例代码
基础使用
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#include "thread_pool.h"
#include
int main() {
abin::threadpool pool(4);
auto future1 = pool.submit([] { return 42; });
std::cout << "结果: " << future1.get() << "\n";
auto future2 = pool.submit([](int a, int b) { return a + b; }, 5, 7);
std::cout << "加法结果: " << future2.get() << "\n";
return 0;
}
提交任意类型任意参数的可调用对象
点击查看代码
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#include "thread_pool.h"
#include
#include
#include
#include
void normal_function(int x)
{
std::cout << "normal_function: " << x << std::endl;
}
struct MyClass
{
void member_function(int y)
{
std::cout << "MyClass::member_function: " << y << std::endl;
}
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}
};
struct Functor
{
void operator()(const std::string& msg) const
{
std::cout << "Functor called with: " << msg << std::endl;
}
};
int main()
{
abin::threadpool pool(4);
// 提交一个普通函数
pool.submit(normal_function, 42);
// 提交一个无捕获 lambda
pool.submit([] { std::cout << "lambda no capture\n"; });
// 提交一个有捕获 lambda
int value = 99;
pool.submit([value] { std::cout << "lambda with capture: " << value << "\n"; });
// 提交成员函数, 使用lambda
MyClass obj;
pool.submit([&obj] { obj.member_function(123); });
// 提交成员函数, 使用 std::mem_fn
std::future
std::cout << "add result1: " << ret.get() << "\n";
// 提交成员函数, 使用 std::bind
std::future
std::cout << "add result2: " << fut_add.get() << "\n";
// 提交一个函数对象(仿函数)
Functor f;
pool.submit(f, "hello functor");
// 使用 std::bind 提交
auto bound = std::bind(&MyClass::add, &obj, 5, 6);
std::future
std::cout << "bound result: " << fut_bound.get() << "\n";
// 提交一个 std::packaged_task(注意: 低版本msvc可能报错)
std::packaged_task
std::future
pool.submit(std::move(task)); // 必须 move
std::cout << "packaged_task result: " << fut_str.get() << "\n";
pool.wait_all(); // 等待任务完成
std::cout << "===All tasks completed.===\n";
}
ThreadPool源码
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*~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
* @file: thread_pool.h
* @version: v0.9.2
* @description: A cross-platform, lightweight, easy-to-use C++11 thread pool that supports submitting tasks with
* arbitrary parameters and obtaining return values
* - Futures
* - Task-based: Supports tasks with arbitrary parameters, and obtains return values through `std::future`.
* - Cross-Platform: Works on platforms supporting C++11.
* - Thread Safety: Uses `std::mutex`, `std::condition_variable`, and atomic variables for synchronization.
* - Flexible Shutdown: Two modes for shutdown: `WaitForAllTasks` and `DiscardPendingTasks`.
* - Lightweight & Easy-to-Use: Simple API with minimal setup.
*
* @author: abin
* @date: 2025-04-20
* @license: MIT
* @repository: https://github.com/abin-z/ThreadPool
*~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
**************************************************************************************************************/
#ifndef ABIN_THREADPOOL_H
#define ABIN_THREADPOOL_H
#include
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#include
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#include
#include
#include
namespace abin
{
/// @brief C++11的线程池, 提交任务支持任意多参数, 支持获取返回值
class threadpool
{
using task_t = std::function
public:
/// @brief 线程池当前状态信息结构体
struct status_info
{
std::size_t total_threads; // 总线程数
std::size_t busy_threads; // 正在执行任务的线程数
std::size_t idle_threads; // 空闲线程数
std::size_t pending_tasks; // 等待中的任务数
bool running; // 线程池是否在运行
};
/// @brief 关闭线程池的模式
enum class shutdown_mode : unsigned char
{
/// @brief 等待所有已提交的任务完成后再关闭线程池
/// 在此模式下, 线程池会等待所有任务(包括已开始和未开始的任务)执行完成后再关闭.
WaitForAllTasks,
/// @brief 立即关闭线程池, 丢弃尚未开始的任务.
/// 在此模式下, 线程池会立即停止接收新任务, 丢弃所有尚未开始执行的任务,
/// 但已经开始执行的任务会继续执行, 直到它们完成.
DiscardPendingTasks
};
public:
/// @brief 构造函数, 初始化线程池并启动指定数量的工作线程
/// @param thread_count 要创建的线程数量, 默认为硬件支持的并发线程数(若无法获取则为 4)
explicit threadpool(std::size_t thread_count = default_thread_count())
{
launch_threads(validate_thread_count(thread_count)); // 创建线程
}
/// @brief 析构函数, 停止所有线程并等待它们完成
~threadpool()
{
shutdown(shutdown_mode::WaitForAllTasks);
}
/// @brief 提交任务到线程池并返回一个 future 对象, 用户可以通过它获取任务的返回值
///
/// @tparam F 任务类型的可调用对象
/// @tparam Args 可调用对象的参数类型
/// @param f 需要提交的任务
/// @param args 任务的参数
/// @return std::future
template
auto submit(F &&f, Args &&...args) -> std::future
{
if (!running_) throw std::runtime_error("error: ThreadPool is not running. Cannot submit new tasks.");
using return_type = decltype(f(args...));
// 将 f 包装成 task, task 是一个 shared_ptr 指向 packaged_task
auto task = std::make_shared
std::bind(std::forward
);
std::future
{
std::lock_guard
task_queue_.emplace([task] { (*task)(); }); // 将任务添加到任务队列中
}
cv_.notify_one(); // 通知一个等待中的工作线程有新的任务可以执行
return ret; // 返回 future 对象
}
/// @brief 阻塞直到所有任务完成(任务队列为空且没有任务在执行), 若没有任务，立即返回
void wait_all()
{
if (busy_count_ == 0 && pending_tasks() == 0) return;
std::unique_lock
cv_done_.wait(lock, [this] { return busy_count_ == 0 && pending_tasks() == 0; });
}
/// @brief 关闭线程池
/// @param mode `WaitForAllTasks` 等待所有任务执行完成后再关闭; `DiscardPendingTasks` 立即关闭线程池,
/// 抛弃尚未开始的任务.
void shutdown(shutdown_mode mode = shutdown_mode::WaitForAllTasks)
{
{
std::lock_guard
if (!running_) return; // 已经关闭则直接返回
running_ = false;
if (mode == shutdown_mode::DiscardPendingTasks) // 放弃任务模式
{
std::queue
std::swap(task_queue_, empty); // 清空任务队列
}
}
cv_.notify_all();
for (std::thread &worker : workers_)
{
if (worker.joinable()) worker.join();
}
workers_.clear();
}
/// @brief 重启线程池, 先关闭当前线程池(等待所有任务完成), 然后以指定的线程数量重新启动线程池.
/// @param thread_count 要创建的工作线程数量
void reboot(std::size_t thread_count)
{
shutdown(shutdown_mode::WaitForAllTasks);
{
std::lock_guard
if (running_) return; // 已重启, 无需再次初始化(幂等)
running_ = true;
launch_threads(validate_thread_count(thread_count));
}
}
/// @brief 当前线程池的总线程数量
std::size_t total_threads() const noexcept
{
return workers_.size();
}
/// @brief 获取当前等待的任务数量
std::size_t pending_tasks() const noexcept
{
std::lock_guard
return task_queue_.size();
}
/// @brief 获取繁忙的线程数量
std::size_t busy_threads() const noexcept
{
return busy_count_.load();
}
/// @brief 获取空闲线程数量
std::size_t idle_threads() const noexcept
{
return workers_.size() - busy_count_.load();
}
/// @brief 当前线程池是否正在运行(未停止)
bool is_running() const noexcept
{
return running_.load();
}
/// @brief 获取线程池的当前状态信息
status_info status() const noexcept
{
std::size_t total = 0;
std::size_t pending = 0;
{
std::lock_guard
total = workers_.size();
pending = task_queue_.size();
}
std::size_t busy = busy_count_.load();
std::size_t idle = total - busy;
return {total, busy, idle, pending, running_.load()};
}
// 禁用拷贝构造函数和拷贝赋值操作符
threadpool(const threadpool &) = delete;
threadpool &operator=(const threadpool &) = delete;
// 禁用移动构造函数和移动赋值操作符
threadpool(threadpool &&) = delete;
threadpool &operator=(threadpool &&) = delete;
private:
/// @brief 默认线程数, 获取硬件支持的并发线程数, 若无法获取则默认为4
static std::size_t default_thread_count()
{
auto n = std::thread::hardware_concurrency();
return n == 0 ? 4 : n;
}
/// @brief 验证线程数是否合法, 1 <= count <= 4096
static std::size_t validate_thread_count(std::size_t count)
{
if (count < 1 || count > 4096) throw std::invalid_argument("invalid thread_count: must be in range [1, 1024]");
return count;
}
/// @brief 启动线程池, 创建指定数量的工作线程
/// @param thread_count 线程池中线程的数量
void launch_threads(std::size_t thread_count)
{
if (!workers_.empty()) return; // 已经初始化过
for (std::size_t i = 0; i < thread_count; ++i)
{
// 创建并启动工作线程
workers_.emplace_back([this] {
while (true)
{
task_t task;
{
std::unique_lock
// 等待直到任务队列中有任务, 或者线程池已停止
cv_.wait(lock, [this] { return !running_ || !task_queue_.empty(); });
if (!running_ && task_queue_.empty()) return; // 如果线程池已经停止并且队列为空, 退出线程
task = std::move(task_queue_.front()); // 从队列中取出任务
task_queue_.pop();
}
++busy_count_;
task(); // 执行任务
--busy_count_;
// 判断任务是否已全部完成
if (busy_count_ == 0 && task_queue_.empty())
{
std::lock_guard
if (busy_count_ == 0 && pending_tasks() == 0) // 二次确认, 避免竞态
{
cv_done_.notify_all();
}
}
}
});
}
}
private:
std::vector
std::queue
std::condition_variable cv_; // 条件变量，用于通知工作线程有新任务到来
mutable std::mutex mtx_; // 主互斥锁，保护任务队列和与其相关的状态
std::atomic
std::atomic
mutable std::mutex mtx_done_; // 用于保护完成通知的互斥锁(wait_all 用)
std::condition_variable cv_done_; // 条件变量，用于等待所有任务执行完毕(配合 wait_all 使用)
};
} // namespace abin
#endif // ABIN_THREADPOOL_H