Qt线程池QThreadPool

一、目的

  现在所有的高性能服务器程序，几乎都会使用到线程池技术，从而更好且有效的榨干服务器性能。而创建并销毁线程的过程势必会消耗内存。而在日常开发中内存资源是及其宝贵的，所以QT 多线程之线程池QThreadPool就有很大用处了。它可以用来管理线程的优先顺序，防止创建过多的线程，起到很好的管理作用。

二、最优线程数

  线程的创建和销毁是有性能开销的，当我们有少量业务需要处理时，我们可以放到线程中完成，甚至可以多开几个线程并行处理。
那么，问题来了，如果需要海量的数据处理，难道无休止的开线程下去吗？

首先，要明白CPU的性能是有限的，每个线程好比一个处理时间片，多个线程之间切换处理，CPU线程上下文来回切换，这个也是需要消耗时间的。所以，物极必反，当线程数量到达一个点后，可能消耗在线程切换的时间，会大于实际线程处理业务的时间，这个可以想象的到。

那么很容易明白：线程数并不是越多越好，而是某个范围或者某个经验值。

一般来讲，我们可以认为，最佳性能线程数==CPU逻辑核心数量，比如CPU是4核8线程，那么开8个线程可以达到性能最佳。
一般电脑是开启超线程的，也就是4核可以模拟出8个逻辑核，故称4核8线程。
QThreadPool线程池默认最大线程数，也是CPU逻辑Core的数量。
严格意义来讲，最佳线程数还与处理业务类型有关，如业务属于IO密集型、CPU密集型，根据经验推断：

• IO密集型，频繁读取磁盘上的数据，或者需要通过网络远程调用接口。线程数经验值是：2N，其中N代表CPU逻辑Core数；
• CPU密集型，非常复杂的调用，循环次数很多，或者递归调用层次很深等。线程数经验值是：N + 1，其中N代表CPU逻辑Core数。

三、线程池的原理

最佳性能线程数可以认为等于CPU逻辑核心数量N，所以我们设计程序，为了得到更好的性能，需要实现如下的需求：

• 限制创建最大线程数量<=N；
• 尽可能复用线程，避免频繁创建和销毁线程资源，降低无谓消耗；
• 线程在空闲时，应该休息，避免占用CPU资源；
• 线程在有业务需要处理时，需要激活；
• 当业务来了，这N个线程如何分配；

上述问题，高度封装的QThreadPool线程池可以解决。

线程池的优点：

• 创建和销毁线程需要和OS交互，少量线程影响不大，但是线程数量太大，势必会影响性能，使用线程池可以这种开销；
• 线程池维护一定数量的线程，使用时，将指定函数传递给线程池，线程池会在线程中执行任务；
• 线程池，属于对象池，对象池都是为了复用，以避免频繁申请和释放对象所造成的性能损失。
• 线程池创建好后，池内默认一个线程也没有，当通过相关函数加入任务后，线程池根据任务数量会自动创建线程，任务会合理分配到各个线程上执行，但是线程总数量不会超过设定的最大值。
• 若任务处理完毕，则池内所有线程进入挂起状态，不占用CPU时间片，待任务再次到来，便会激活部分或全部线程，处理任务。
• 若任务过多，当前没有空闲的线程，则新增任务会被放置到缓存队列中，等待线程空闲后，再进行处理，这样，每个任务与线程可以有一个合理的分配，相当于实现了业务处理的负载均衡。故而可以以最好的性能来处理业务。

四、QThreadPool线程池

下面是QThreadPool的常用函数：

int activeThreadCount() const //当前的活动线程数量
 
void clear()//清除所有当前排队但未开始运行的任务
 
int expiryTimeout() const//线程长时间未使用将会自动退出节约资源，此函数返回等待时间
 
int maxThreadCount() const//线程池可维护的最大线程数量
 
void releaseThread()//释放被保留的线程
 
void reserveThread()//保留线程，此线程将不会占用最大线程数量，从而可能会引起当前活动线程数量大于最大线程数量的情况
 
void setExpiryTimeout(int expiryTimeout)//设置线程回收的等待时间
 
void setMaxThreadCount(int maxThreadCount)//设置最大线程数量
 
void setStackSize(uint stackSize)//此属性包含线程池工作线程的堆栈大小。
 
uint stackSize() const//堆大小
 
void start(QRunnable *runnable, int priority = 0)//加入一个运算到队列，注意start不一定立刻启动，只是插入到队列，排到了才会开始运行。需要传入QRunnable ，后续介绍
 
bool tryStart(QRunnable *runnable)//尝试启动一个
 
bool tryTake(QRunnable *runnable)//删除队列中的一个QRunnable，若当前QRunnable 未启动则返回成功，正在运行则返回失败
 
bool waitForDone(int?<i>msecs</i>?=?-1)//等待所有线程运行结束并退出，参数为等待时间-1表示一直等待到最后一个线程退出

QRunnable类：所有runable对象的基类。
QRunnable类是一个接口, 用于表示需要执行的任务或代码段, 具体任务在run() 函数内部实现。可以使用QThreadPool在各个独立的线程中执行代码。如果autoDelete() 返回true (默认值), QThreadPool将自动删除QRunnable 。使用setAutoDelete() 可更改是否自动删除。
QThreadPool 是创建线程池函数，QRunnable是线程池的线程具体执行操作函数，两者要搭配使用。

五、QThreadPool简单示例

执行效果如下：

#include <QCoreApplication>
#include <QThreadPool>
#include <QDebug>

class Task1 : public QRunnable
{
public:
    Task1()
    { }
    virtual ~Task1() override
    {
        qDebug() << "~Task1()";
    }

    virtual void run() override
    {
        qDebug() << "do Task1 work:" << QThread::currentThreadId();
    }
};

class Task2 : public QRunnable
{
public:
    Task2()
    { }
    virtual ~Task2() override
    {
        qDebug() << "~Task2()";
    }

    virtual void run() override
    {
        qDebug() << "do Task2 work:" << QThread::currentThreadId();
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    Task1* task1 = new Task1();
    Task2* task2 = new Task2();

    QThreadPool threadPool;
    threadPool.start(task1);
    threadPool.start(task2);
    threadPool.waitForDone();

    return a.exec();
}

注意：
线程池使用时传入继承于的QRunnable类对象（并启动该线程对象），并且线程池会自主释放在其中的线程（提高程序性能），还能实现并发，提高效率；不过不能使用信号槽进行通信，需要使用QMetaObject::invokeMethod进行通信。