手把手寫一個線程池：基礎不好也能看懂（含詳細注釋）

作者：廚子 2025-06-26 03:12:00

開發前端

如果我們一步步拆解，它比你想象的簡單得多。本篇文章會帶你從零開始，構建一個可以跑起來的最小線程池實現，所有代碼配有詳細解釋，哪怕你是初學者也能看懂。

很多人學 C++ 多線程，剛開始聽到“線程池”三個字，第一反應就是：太難了！線程+鎖+隊列，全是讓人頭大的東西，看得腦袋嗡嗡響。

但其實，如果我們一步步拆解，它比你想象的簡單得多。本篇文章會帶你從零開始，構建一個可以跑起來的最小線程池實現，所有代碼配有詳細解釋，哪怕你是初學者也能看懂。

一、線程池到底是什么？

我們先不講代碼，只講“本質”：

線程池的核心思想是：

“提前開好一批線程，任務來了就分配過去執行，用完不銷毀，反復利用。”

這樣可以：

? 避免頻繁創建/銷毀線程帶來的系統開銷
? 實現任務并發處理，提高 CPU 利用率
? 控制線程數量，防止線程過多造成資源搶占

二、線程池需要哪些組件？

為了實現一個最小可用的線程池，我們需要準備：

模塊	用途
`std::vector<std::thread>`	存儲固定數量的線程
`std::queue<std::function<void()>>`	存儲待執行的任務
`std::mutex` + `std::condition_variable`	保證線程間安全、等待通知
`stop` 標志	控制線程退出時機
`submit()` 接口	提供任務提交的方式

三、線程池的構造函數

我們從構造函數開始，重點：創建線程，并讓它們開始循環工作。

ThreadPool(size_t threadCount) : stop(false) {
    for (size_t i = 0; i < threadCount; ++i) {
        workers.emplace_back([this] {
            while (true) {
                std::function<void()> task;
                {
                    std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);
                    condition.wait(lock, [this] {
                        return stop || !tasks.empty();
                    });
                    if (stop && tasks.empty()) return; // 安全退出
                    task = std::move(tasks.front());
                    tasks.pop();
                }
                task(); // 執行任務
            }
        });
    }
}

? 詳細解釋：

emplace_back([this] {...}) 創建一個線程，執行一個死循環。
condition.wait(...)：如果沒有任務，就讓線程睡著，避免空轉。
task = std::move(...)：從任務隊列取一個任務出來。
task()：執行這個任務！

四、任務提交接口 submit

線程池是為任務服務的，我們需要一個函數來“扔任務進去”：

void submit(std::function<void()> f) {
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);
        if (stop) throw std::runtime_error("ThreadPool stopped");
        tasks.emplace(std::move(f));
    }
    condition.notify_one(); // 喚醒一個線程執行任務
}

核心點：

支持任意無返回值任務（你可以傳入 lambda）
提交后立即喚醒一個“睡著”的線程去執行它

五、析構函數：資源回收

程序結束前，我們要優雅地關閉線程池：

~ThreadPool() {
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);
        stop = true;
    }
    condition.notify_all(); // 喚醒所有線程退出
    for (std::thread& t : workers) {
        if (t.joinable()) t.join();
    }
}

做了什么？

設置 stop = true，告訴線程池“別再等新任務了”
喚醒所有線程，它們會自己判斷該退出
join() 等線程執行完再退出，避免野線程殘留

六、實際測試：線程池能不能用？

int main() {
    ThreadPool pool(3); // 創建一個有3個線程的線程池

    for (int i = 0; i < 6; ++i) {
        pool.submit([i] {
            std::cout << "任務 " << i << " 執行中\n";
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
        });
    }

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
}

你會看到控制臺輸出類似：

任務 0 執行中
任務 1 執行中
任務 2 執行中
任務 3 執行中
任務 4 執行中
任務 5 執行中

說明線程池真的“并發”跑了多個任務！

七、新手常見誤區提醒

忘記加鎖 → 多線程搶資源，數據錯亂
不喚醒線程 → 提交任務后卡死
主線程提前退出 → 子線程被強制終止

總結一句話

線程池的本質，就是用固定線程輪流干活，用隊列管理任務，用鎖和條件變量保證同步。

理解這些基本組件后，你就能輕松掌握多線程的核心套路。

附：完整類定義

class ThreadPool {
public:
    ThreadPool(size_t);
    void submit(std::function<void()>);
    ~ThreadPool();

private:
    std::vector<std::thread> workers;
    std::queue<std::function<void()>> tasks;
    std::mutex queueMutex;
    std::condition_variable condition;
    bool stop;
};

責任編輯：武曉燕來源：程序廚

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