C++并发编程-23. 线程间切分任务的方法

按数量划分

按递归划分

cpp 复制代码

#include <thread>
#include <list>
#include "thread_safe_stack.h"
#include <future>
#include <memory>
template<typename T>
struct sorter  //1  
{
    struct chunk_to_sort
    {
        std::list<T> data;
        std::promise<std::list<T> > promise;
    };
    thread_safe_stack<chunk_to_sort> chunks;    //⇽-- - 2
    std::vector<std::thread> threads;   // ⇽-- - 3
    unsigned const max_thread_count;
    std::atomic<bool> end_of_data;
    sorter() :
        max_thread_count(std::thread::hardware_concurrency() - 1),
        end_of_data(false)
    {}
    ~sorter()    //⇽-- - 4
    {
        end_of_data = true;     //⇽-- - 5
        for (unsigned i = 0; i < threads.size(); ++i)
        {
            threads[i].join();    //⇽-- - 6
        }
    }
    void try_sort_chunk()
    {
        std::shared_ptr<chunk_to_sort> chunk = chunks.try_pop();    //⇽-- - 7
        if (chunk)
        {
            sort_chunk(chunk);    //⇽-- - 8
        }
    }
    std::list<T> do_sort(std::list<T>& chunk_data)    //⇽-- - 9
    {
        if (chunk_data.empty())
        {
            return chunk_data;
        }
        std::list<T> result;
        result.splice(result.begin(),chunk_data,chunk_data.begin());
        T const& partition_val = *result.begin();
        typename std::list<T>::iterator divide_point =  //⇽-- - 10
            std::partition(chunk_data.begin(),chunk_data.end(),
                           [&](T const& val) {return val < partition_val; });
        chunk_to_sort new_lower_chunk;
        new_lower_chunk.data.splice(new_lower_chunk.data.end(),
                                    chunk_data,chunk_data.begin(),
                                    divide_point);
        std::future<std::list<T> > new_lower =
            new_lower_chunk.promise.get_future();
        chunks.push(std::move(new_lower_chunk));   // ⇽-- - 11
        if (threads.size() < max_thread_count)    // ⇽-- - 12
        {
            threads.push_back(std::thread(&sorter<T>::sort_thread,this));
        }
        std::list<T> new_higher(do_sort(chunk_data));
        result.splice(result.end(),new_higher);
        while (new_lower.wait_for(std::chrono::seconds(0)) !=
              std::future_status::ready)    //⇽-- - 13
        {
            try_sort_chunk();   // ⇽-- - 14
        }
        result.splice(result.begin(),new_lower.get());
        return result;
    }
    void sort_chunk(std::shared_ptr<chunk_to_sort > const& chunk)
    {
        chunk->promise.set_value(do_sort(chunk->data));    //⇽-- - 15
    }
    void sort_thread()
    {
        while (!end_of_data)    //⇽-- - 16
        {
            try_sort_chunk();    // ⇽-- - 17
            //交出时间片
            std::this_thread::yield();    //⇽-- - 18
        }
    }
};

我们实现一个函数调用上面的封装快速排序

cpp 复制代码

template<typename T>
std::list<T> parallel_quick_sort(std::list<T> input)    //⇽-- - 19
{
    if (input.empty())
    {
        return input;
    }
    sorter<T> s;
    return s.do_sort(input);    //⇽-- - 20
}

本例中，parallel_quick_sort()函数(19处)把绝大部分功能委托给sorter类(1处)，后者通过栈容器管理待排序的数据段(2处)，并集中管控多个线程以并发执行任务(3处)，从而以便捷的操作方式给出了代码实现。

本例中，主要工作由成员函数do_sort()负责(9处)，它借标准库的std::partition()函数完成数据分段(10处)。

do_sort()将新划分出来的数据段压入栈容器(11处)，但没有为每个数据段都专门生成新线程，而仅当仍存在空闲的处理器时(12处)才生成新线程。

因为划分出的前半部分数据可能会由别的线程处理，所以我们需要等待它完成排序而进入就绪状态(13处)。

如果当前线程是整个程序中仅有的线程，或者其他线程都正忙于别的任务，那么这一等待行为则需妥善处理，在当前线程的等待期间，我们让它试着从栈容器取出数据进行处理(14处)。

try_sort_chunk()先从栈容器弹出一段数据(7处)并对其进行排序(8处)，再把结果存入附属该段的promise中(15处)，使之准备就绪，以待提取。

向栈容器压入数据段与取出相关结果相互对应，两项操作均由同一个线程先后执行(11和12处)。

只要标志end_of_data没有成立（16处），各线程便反复循环，尝试对栈内数据段进行排序17。

每个线程在两次检测标志之间进行让步（18处），好让别的线程有机会向栈容器添加数据段。这段代码由sorter类的析构函数汇合各个线程（4处）。

do_sort()将在全部数据段都完成排序后返回（即便许多工作线程仍在运行），主线程进而从parallel_quick_sort()的调用返回20，并销毁sorter对象。其析构函数将设置标志end_of_data成立（5处），然后等待全部线程结束（6处）。标志的成立使得线程函数内的循环终止（16处）。

按工作类别划分

CRTP（Curiously Recurring Template Pattern，奇特递归模板模式）

cpp 复制代码

template <typename Derived>
class Shape {
public:
    void draw() {
        // 将 this 转换为派生类指针，调用具体实现
        static_cast<Derived*>(this)->draw();
    }

    double area() {
        return static_cast<Derived*>(this)->area();
    }
};

class Circle : public Shape<Circle> {
public:
    void draw() {
        std::cout << "Drawing a circle\n";
    }

    double area() {
        return 3.14159 * 10 * 10;
    }
};

class Rectangle : public Shape<Rectangle> {
public:
    void draw() {
        std::cout << "Drawing a rectangle\n";
    }

    double area() {
        return 10 * 20;
    }
};

模板单例类包含了原子变量_bstop控制线程是否停止

包含了_que用来存储要处理的信息，这是一个线程安全的队列。

_thread是要处理任务的线程。

线程安全队列我们之前有实现过，但是还需要稍微改进下以满足接受外部停止的通知。

我们给ThreadSafeQue添加一个原子变量_bstop表示线程停止的标记

在需要停止等待的时候我们调用如下通知函数

比如我们要实现一个ClassA 处理A类任务，可以这么做

cpp 复制代码

#include "ActorSingle.h"
#include "ClassB.h"
struct MsgClassA {
    std::string name;
    friend std::ostream& operator << (std::ostream& os, const MsgClassA& ca) {
        os << ca.name;
        return os;
    }
};
class ClassA : public ActorSingle<ClassA, MsgClassA> {
    friend class ActorSingle<ClassA, MsgClassA>;
public:
    ~ClassA() {
        _bstop = true;
        _que.NotifyStop();
        _thread.join();
        std::cout << "ClassA destruct " << std::endl;
    }
    void DealMsg(std::shared_ptr<MsgClassA> data) {
        std::cout << "class A deal msg is " << *data << std::endl;
        MsgClassB msga;
        msga.name = "llfc";
        ClassB::Inst().PostMsg(msga);
    }
private:
    ClassA(){
        _thread = std::thread([this]() {
            for (; (_bstop.load() == false);) {
                std::shared_ptr<MsgClassA> data = _que.WaitAndPop();
                if (data == nullptr) {
                    continue;
                }
                DealMsg(data);
            }
            std::cout << "ClassA thread exit " << std::endl;
            });
    }
};