可以重用线程来运行可变参数函数吗？

Question

我正在尝试在 C++ 中创建一个 boost 线程，该线程可以重复用于运行具有不同数量和类型 args 的各种函数。

这可以用 C++11x 可变参数来完成吗？

在我的用例中，我不需要队列（如果线程很忙，那么方法就会失败），但如果需要实现这个“统一”功能，我会很不情愿地这样做。

我不明白如何使用 bind 或 lambda 处理统一，以便一个线程可以调用不同的函数，每个函数都有自己的不同数量和类型的 args。

我的想法大致如下：

class WorkThread
{
public:
   WorkThread()
       {
       // create thread and bind runner to thread
       }

   ~WorkThread()
       {
       // tell runner to exit and wait and reap the thread
       }

   template<typename F,typename ... Arguments>
   void doWork(F func, Arguments... args)
       {
       if already busy
           return false;
       // set indication to runner that there is new work
       // here: how to pass f and args to runner?
       }

private:
   void runner()
        {
        while ( ! time to quit )
            {
            wait for work
            // here: how to get f and args from doWork? do I really need a queue? could wait on a variadic signal maybe?
            f(args);
            }
        }

   boost::thread* m_thread;
};

class ThreadPool
{
public:
    template<typename F, typename ... Arguments>
    bool   doWork(F func,Arguments... args)
          {
          const int i = findAvailableWorkThread();
          m_thread[i].doWork(f,args);
          }
private:
   // a pool of work threads m_thread;
};

Answer 1

应该有很多现有的问题来说明如何做到这一点。

表示任意函数对象的规范 C++11 方法是 std::function<void()>，因此您需要该类型的共享对象，在下面的代码中称为 m_job，它应该受互斥体保护，并且您在尚未设置时为其分配新工作：

template<typename F,typename ... Arguments>
bool doWork(F func, Arguments&&... args)
{
    std::lock_guard<std::mutex> l(m_job_mutex);
    if (m_job)
        return false;
    m_job = std::bind(func, std::forward<Arguments>(args)...);
    m_job_cond.notify_one();  
    return true;   
}

这使用std::bind 将函数对象及其参数转换为不带参数的函数对象。 std::bind 返回的可调用对象存储了func 和每个参数的副本，并在调用时调用func(args...)

然后工人只是这样做：

void runner()
{
    while ( ! time to quit )
    {
        std::function<void()> job;
        {
            std::unique_lock<std::mutex> l(m_job_mutex);
            while (!m_job)
                m_job_cond.wait(l);
            swap(job, m_job);
        }
        job();
    }
}

此代码不是线程安全的：

template<typename F, typename ... Arguments>
    bool   doWork(F func,Arguments... args)
    {
        const int i = findAvailableWorkThread();
        m_thread[i].doWork(f,args);
    }

findAvailableWorkThread 返回后，该线程可能会变得忙碌，因此下一行将失败。您应该检查可用性并在单个操作中传递新作业，例如

template<typename F, typename ... Arguments>
    bool   doWork(F func,Arguments... args)
    {
        for (auto& t : m_thread)
            if (t.doWork(f,args))
                return true;
        return false;
    }

Answer 2

您可以使用boost::bind 或C++11 lambda 将所有函数统一为一个签名。因此，您将拥有一个带有循环函数的线程，并且在该循环内您将提取要执行的函数。 例如，您可以使用boost::lockfree::queue<boost::function<void()>> 来实现它。

作为这个想法的一个例子，您可以使用以下内容：

class TaskLoop
{
public:
    typedef std::function<void()> Task_t;
public:
    TaskLoop():
        m_IsDone(false)
    {
        m_spThread.reset(new std::thread(&TaskLoop::_run, this));
    }
    ~TaskLoop()
    {
        Task_t task = [this](){m_IsDone = true;};
        postTask(task);
        m_spThread->join();
    }
    void postTask(const Task_t& Msg)
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m_Mutex);
        m_Tasks.push(Msg);
    }
    void wait() 
    {
        while(!m_Tasks.empty());
    }
private:
    bool m_IsDone;
    std::unique_ptr<std::thread> m_spThread; 
    std::mutex m_Mutex;
    std::queue<Task_t> m_Tasks;
private:
    void _run()
    {
        while(!m_IsDone)
        {
            Task_t task;
            m_Mutex.lock();
            if(!m_Tasks.empty())
            {
                task = m_Tasks.front();
                m_Tasks.pop();
            }
            m_Mutex.unlock();
            if(task)
                task();
        }
    }
};

void foo(const std::string& first, int second)
{
    std::cout << first << second << "\n";
}

int main(int argc, char **argv)
{
    TaskLoop loop;
    loop.postTask([]{foo("task", 0);});
    loop.wait();
    return 0;
}

示例不使用并发队列并且非常简单，因此您需要替换队列并使其适应您的要求

Answer 3

由于您已经在使用 boost，请参阅 http://think-async.com/Asio/Recipes 的线程池类，它使用 Boost.Asio 将工作函数排队，而无需锁定。

Answer 4

// 这是我目前所拥有的似乎可行的方法......

#include <boost/thread.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/condition.hpp>

#include <queue>
#include <atomic>

class ThreadWorker
    {
    public:
        typedef boost::function<void()> Task_t;
        typedef std::unique_ptr<boost::thread>  UniqueThreadPtr_t;

        ThreadWorker()
            : m_timeToQuit(false)
            {
            m_spThread = UniqueThreadPtr_t( new boost::thread(std::bind(&ThreadWorker::runner, this)));
            }

        virtual ~ThreadWorker()
            {
            quit();
            }

        void quit()
            {
            Task_t task = [this]() { m_timeToQuit = true; };
            enqueue(task);
            m_spThread->join();
            }

        template<typename F,typename ...Args>
        void enqueue(F&& f, Args&&... args)
            {
            boost::mutex::scoped_lock lock(m_jobMutex);
            m_Tasks.push(std::bind(std::forward<F>(f),std::forward<Args>(args)...));
            m_newJob.notify_one();
            }

    private:
        std::atomic<bool>       m_timeToQuit;
        UniqueThreadPtr_t       m_spThread;
        mutable boost::mutex    m_jobMutex;
        std::queue<Task_t>      m_Tasks;
        boost::condition        m_newJob;

    private:
        void runner()
            {
            while ( ! m_timeToQuit )
                {
                Task_t task;
                    {
                    boost::mutex::scoped_lock lock(m_jobMutex);
                    while ( ! task )
                        {
                        if ( m_timeToQuit )
                            {
                            break;
                            }
                        if ( m_Tasks.empty() )
                            {
                            m_newJob.wait(lock);
                            }
                        task = m_Tasks.front();
                        m_Tasks.pop();
                        }
                    }
                if (task)
                    {
                    task();
                    }
                }
            }
    };