QT 线程池 + TCP 小试(一)线程池的简单实现

很久以前做过ACE + MFC/QT 的中轻量级线程池应用，大概就是利用线程池执行客户机上的运算需求，将结果返回。ACE是跨平台重量级的通信中间件，与常见的应用程序框架需要精心契合，才能不出问题。最近想到既然QT框架本身就已经具有各类功能，何不玩一玩呢吐舌头，那就开搞！这个实验的代码可以从我的资源内下载。
第一步打算实现的模式，我们需要一个设置为CPU核心数的线程池，这个线程池可以异步接受N个数据生产者传入的数据，均衡的分配处理任务，处理后的数据返回给某1个或者几个消费者。有两种均衡方法。一种是生产者粒度的均衡。同一个生产者的各批数据FIFO顺序不被打破，这需要判断，当处理线程队列中还有该生产者的数据时，不改变当前处理线程。第二种是数据粒度的并行，某个生产者传来的数据被分配到不同的线程，不保证后到的数据后被处理（也可能先到的处理的慢，后到的快）。
这种异步队列机制如果在MFC、WinAPI中，需要手工使用 Mutex 同步队列，更可恶的是分配的数据对象的生存期非常微妙，一不小心就会出红叉叉。QT首先为我们提供了信号和槽的机制，且该机制原生支持跨线程。假设我们在16核心服务器上，则使用 15个 QThread对象管理15组工作线程（留一个给主界面）。但是，如果仔细看了QT的文档，就会发现QThread的信号事件循环默认是在创建者中（很多时候就是主线程！），所以，要想让槽在子线程运行，一般是派生一个QObject的类，并把对象MoveToThread到某个QThread管理的线程上去。这样，信号和槽就是全异步FIFO了。其次，QT提供了引用计数的QByteArray封装，这个东西在参数传递的时候，速度很快，很少出现memcpy，生存期也特别容易控制。虽然C++11里有 shared_ptr<T>，但是那个东西还是需要在一开始new 一个int8型的存储区，很讨厌。
说了这么多，上关键代码。
先是线程池的封装qghthreadengine.h
#ifndef QGHTHREADENGINE_H
#define QGHTHREADENGINE_H

#include <QObject>
#include <QThread>
#include <QVector>
#include <QList>
#include <QMap>
#include <QMutex>
#include "qghthreadtaskitem.h"
#include "qghthreadobject.h"

//线程池引擎，帮助用户进行动态平衡
class QGHThreadEngine : public QObject
{
Q_OBJECT
public:
QGHThreadEngine(QObject *parent,QGHThreadTaskItem * pTaskItem,int nThreads = 2,bool bFIFOKeep = true);
~QGHThreadEngine();
protected:
QVector<QThread *> m_ThreadPool;
QVector<QGHThreadObject *> m_ThreadObjs;
QGHThreadTaskItem * m_pThreadTaskItem;
int m_nThreads;
bool m_bFIFOKeep;
private:
//各个m_ThreadPool\m_ThreadObjs的任务数
QMap<

QObject *,qint32> m_map_Tasks;
//m_bFIFOKeep == true 时，下面两个成员将保证非空闲的单个
data_source 将始终在单一线程处理
//各个data_source 目前的处理线程
QMap<QObject *,QObject *> m_map_busy_source_task;
//各个data_source 目前的排队数目
QMap<QObject *,int> m_map_busy_source_counter;
public:
void SetThreadTaskItem(QGHThreadTaskItem * pTaskItem);
QList<qint32> CurrentLoad()
{
return m_map_Tasks.values();
}
public slots:
void append_new(QObject * data_source, const QByteArray & data);
//捕获QGHThreadObject::sig_process_finished, 以便管理data_source的 FIFO 顺序
void on_sig_process_finished(QObject * data_source);
signals:
//************************************
// Method: do_task
// FullName: QGHThreadEngine::do_task
// Access: public
// Returns: void
// Qualifier:
// Parameter: QObject * 任务来源 （相同任务源的任务，在队列非空时会被安排到同一个线程处理，以确保对相同源的FIFO）
// Parameter: QByteArray 任务体
// Parameter: QObject * 处理任务的线程对象（QGHThreadObject）
//************************************
void do_task(QObject *, const QByteArray &,QObject *);
};

#endif // QGHTHREADENGINE_H


实现qghthreadengine.cpp：
#include "qghthreadengine.h"
#include <assert.h>
QGHThreadEngine::QGHThreadEngine(QObject *parent,QGHThreadTaskItem * pTaskItem,int nThreads,bool bFIFOKeep)
: QObject(parent),
m_nThreads(nThreads),
m_pThreadTaskItem(pTaskItem),
m_bFIFOKeep(bFIFOKeep)
{
assert(nThreads>0 && nThreads<512 && pTaskItem!=NULL);
//创建固定数目的线程
for (int i=0;i<nThreads;i++)
{
QThread * pNewThread = new QThread(this);
QGHThreadObject * pNewObject = new QGHThreadObject(0,pTaskItem);
//记录下来
m_ThreadPool.push_back(pNewThread);
m_ThreadObjs.push_back(pNewObject);
m_map_Tasks[pNewObject] = 0;
pNewThread->start();
//把QGHThreadObject的信号、曹处理搬移到子线程内
pNewObject->moveToThread(pNewThread);
//连接处理完成消息
connect(pNewObject,SIGNAL(sig_process_finished(QObject *)),this,SLOT(on_sig_process_finished(QObject *)));
//连接处理新任务消息
connect(this,SIGNAL(do_task(QObject *, const QByteArray &,QObject *)),pNewObject,SLOT(process(QObject *, const QByteArray &,QObject *)));

}
}

QGHThreadEngine::~QGHThreadEngine()
{
foreach(QGHThreadObject * obj,m_ThreadObjs)
{
disconnect(obj,SIGNAL(sig_process_finished(QObject *)),this,SLOT(on_sig_process_finished(QObject *)));
obj->deleteLater();
}
foreach(QThread * th ,m_ThreadPool)
{
disconnect(this,SIGNAL(do_task(QObject *, QByteArray,QObject *)),th,SLOT(process(QObject *, QByteArray,QObject *)));
th->exit(0);
th->wait();
}
}

//负载均衡添加任务，生产者的信号要挂接到这个槽上
void QGHThreadEngin

e::append_new(QObject * da
ta_source, const QByteArray & data)
{
QObject * pMinObj = 0;
//对一批来自同一数据源的数据，使用同样的数据源处理，以免发生多线程扰乱FIFO对单个data_source的完整性
if (m_map_busy_source_counter.find(data_source)!=m_map_busy_source_counter.end()&& m_bFIFOKeep==true)
{
m_map_busy_source_counter[data_source]++;
pMinObj = m_map_busy_source_task[data_source];
}
else
{
qint32 nMinCost = 0x7fffffff;
//寻找现在最空闲的一个线程
for (QMap<QObject *,qint32>::iterator p = m_map_Tasks.begin();p!=m_map_Tasks.end();p++)
{
if (p.value()< nMinCost)
{
nMinCost = p.value();
pMinObj = p.key();
}
}
if (pMinObj)
{
m_map_busy_source_counter[data_source] = 1;
m_map_busy_source_task[data_source] = pMinObj;
}
}
if (pMinObj)
{
m_map_Tasks[pMinObj]++;
emit do_task(data_source,data,pMinObj);
}
}
void QGHThreadEngine::on_sig_process_finished(QObject * data_source)
{
if (m_map_Tasks.find(sender())!=m_map_Tasks.end())
{
m_map_Tasks[sender()]--;
}
if (m_map_busy_source_counter.find(data_source)!=m_map_busy_source_counter.end())
{
m_map_busy_source_counter[data_source]--;
if (m_map_busy_source_counter[data_source]<=0)
{
m_map_busy_source_counter.remove(data_source);
m_map_busy_source_task.remove(data_source);
}
}
}
用于绑定的 qghthreadobject.h
#ifndef QGHTHREADOBJECT_H
#define QGHTHREADOBJECT_H
#include <QObject>
#include "qghthreadtaskitem.h"
//用于在子线程内具体承担事件循环的类，用户无需重载
class QGHThreadObject:public QObject
{
Q_OBJECT

public:
QGHThreadObject(QObject *parent,QGHThreadTaskItem * pThreadTaskItem);
~QGHThreadObject();
public:
void SetThreadTaskItem(QGHThreadTaskItem * pThreadTaskItem);
public slots:
//************************************
// Method: process
// FullName: QGHThreadObject::process
// Access: public
// Returns: void
// Qualifier:
// Parameter: QObject * 任务来源 （相同任务源的任务，在队列非空时会被安排到同一个线程处理，以确保对相同源的FIFO）
// Parameter: QByteArray 任务体
// Parameter: QObject * 处理任务的线程对象（QGHThreadObject）
//************************************
void process(QObject * data_source, const QByteArray &data,QObject * target);
private:
QGHThreadTaskItem * m_pThreadTaskItem;
signals:
//信号，表示一次处理已经完成。QGHThreadEngine捕获该信号，管理data_source的 FIFO 顺序
void sig_process_finished(QObject * data_source);
};
#endif

相应实现qghthreadobject.cpp
#include "qghthreadobject.h"
#include <assert.h>

QGHThreadObject::QGHThreadObj
ect(QObject *parent,QGHThreadTaskItem * pThreadTaskItem)
: QObject(parent),
m_pThreadTaskItem(pThreadTaskItem)
{
assert(pThreadTaskItem!=NUL

L);

}

QGHThreadObject::~QGHThreadObject()
{
}
void QGHThreadObject::process(QObject * data_source, const QByteArray &data,QObject * target)
{
if (target==this)
{
m_pThreadTaskItem->run(data_source,data);
emit sig_process_finished(data_source);
}
}

void QGHThreadObject::SetThreadTaskItem(QGHThreadTaskItem * pThreadTaskItem)
{
assert(pThreadTaskItem!=NULL);
m_pThreadTaskItem = pThreadTaskItem;
}

最后，是供用户重载的实际处理方法的纯虚基类qghthreadtaskitem.h
#ifndef QGHTHREADTASKITEM_H
#define QGHTHREADTASKITEM_H
#include <QObject>
//用户重载该类，实现自定义方法的线程池调用
class QGHThreadTaskItem:public QObject
{
Q_OBJECT

public:
QGHThreadTaskItem(QObject *parent);
~QGHThreadTaskItem();
public:
virtual void run(QObject * task_source, const QByteArray & data_array) = 0;

};
#endif


下次，继续写如何实现一个TCP链路，让这个线程池活起来