Linux —— 线程池（1）

实心儿儿2026-06-07 10:25

目录

[1. 线程池的概念](#1. 线程池的概念)

[2. 日志的概念](#2. 日志的概念)

[3. 日志模块](#3. 日志模块)

[3.1 日志的格式：](#3.1 日志的格式：)

[可读性很好的时间 日志等级 进程pid 打印对应日志的⽂件名行号 - 消息内容，支持可变参数](#[可读性很好的时间] [日志等级] [进程pid] [打印对应日志的⽂件名][行号] - 消息内容，支持可变参数)

[3.2 日志的两个核心的问题](#3.2 日志的两个核心的问题)

[3.2.1 需要有 刷新策略 --- 显示器 or 文件 or 网络 (本次代码只写显示器和文件)](#3.2.1 需要有 刷新策略 --- 显示器 or 文件 or 网络 (本次代码只写显示器和文件))

[3.2.2 构建一条完整的日志](#3.2.2 构建一条完整的日志)

[3.3 直接两个编码 --- 2个阶段](#3.3 直接两个编码 --- 2个阶段)

[3.3.1 显示器和文件的刷新策略：](#3.3.1 显示器和文件的刷新策略：)

[3.3.2 构建一条完整的日志](#3.3.2 构建一条完整的日志)

1. 线程池的概念

提前将一批线程创建出来，用户构建出任务，将任务放在对应的任务队列中，唤醒指定的线程，指定的线程从任务队列中拿任务，自己做处理。这批线程有任务就处理任务，没有认为就直接在代码中等待就行了。将这种提前先创建出来的线程，对外提供一个任务接口，让外部可以让线程池内部投递任务，这种模块就叫做线程池。

上面的图，线程的工作模式，就是典型的生产者消费者模型，中间的交易场所就是任务队列，所以线程池是基于生产消费模型的。

创建线程效率低，本质是因为底层要调用系统调用和各种数据的初始化工作。池化技术本质上是可以减少很多底层重复性工作的。

2. 日志的概念

计算机中的⽇志是记录系统和软件运⾏中发⽣事件的⽂件，主要作⽤是监控运行状态、记录异常信息，帮助快速定位问题并支持程序员进行问题修复。它是系统维护、故障排查和安全管理的重要⼯具。

⽇志格式以下几个指标是必须得有的：

  • 时间戳
  • 日志等级
  • 日志内容

以下是可选的：

  • 文件名行号
  • 进程、线程相关的id信息等

⽇志有现成的解决⽅案，如：spdlog、glog(常用)、Boost.Log、Log4cxx(常用)等等，但是我采用自定义日志的方式。

这⾥我们采⽤设计模式-策略模式来进⾏⽇志的设计，具体策略模式介绍，详情看代码和课程。

3. 日志模块

3.1 日志的格式：

可读性很好的时间 日志等级 进程pid 打印对应日志的⽂件名行号 - 消息内容，支持可变参数

2026-06-06 06:06:06 DEBUG 202938 main.cc 16 - hello world

2026-06-06 06:06:06 DEBUG 202938 main.cc 17 - hello world

2026-06-06 06:06:06 DEBUG 202938 main.cc 18 - hello world

2026-06-06 06:06:06 DEBUG 202938 main.cc 20 - hello world

2026-06-06 06:06:06 DEBUG 202938 main.cc 21 - hello world

2026-06-06 06:06:06 WARNING 202938 main.cc 23 - hello world

3.2 日志的两个核心的问题

3.2.1 需要有 刷新策略 --- 显示器 or 文件 or 网络 (本次代码只写显示器和文件)

3.2.2 构建一条完整的日志

3.3 直接两个编码 --- 2个阶段

3.3.1 显示器和文件的刷新策略：

cpp 复制代码 
//Logger.hpp
#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include "Mutex.hpp"
#include <filesystem> // C+++17 文件操作
#include <fstream>

// 规定出常见的日志等级  -- 枚举，枚举出来的就是一个整数

enum class LogLevel
{
    DEBUG,   // 0
    INFO,    // 1
    WARNING, // 2
    ERROR,   // 3
    FATAL    // 4
};

std::string Level2String(LogLevel level)
{
    switch (level)
    {
    case LogLevel::DEBUG:
        return "Debug";
    case LogLevel::INFO:
        return "Info";
    case LogLevel::WARNING:
        return "Warning";
    case LogLevel::ERROR:
        return "Error";
    case LogLevel::FATAL:
        return "Fatal";
    default:
        return "Unknown";
    }
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 1. 日志刷新的问题  -- 假设我们已经有了一条完整的日志，string ->设备（显示器，文件）
// 基类方法
class LogStrategy
{
public:
    virtual ~LogStrategy() = default;
    virtual void SyncLog(const std::string &logmessage) = 0;
};

// 显示器刷新
class ConsoleLogStrategy : public LogStrategy
{
public:
    ~ConsoleLogStrategy()
    {
    }
    void SyncLog(const std::string &logmessage) override
    {
        // 日志可被任何线程同时访问，显示器就是临界资源  -- 加锁，进行安全打印
        LockGuard lockguard(&_lock);
        std::cout << logmessage << std::endl;
    }

private:
    Mutex _lock;
};

const std::string logdefaultdir = "log";
const static std::string logfilename = "test.log";

// 文件刷新  在文件中追加式的写入
class FileLogStrategy : public LogStrategy
{
public:
    FileLogStrategy(const std::string &dir = logdefaultdir,
                    const std::string filename = logfilename)
        : _dir_path_name(dir), _filename(filename)
    {
        LockGuard lockguard(&_lock);
        // 目录不存在，新建；存在，构建过程就算完成
        if (std::filesystem::exists(_dir_path_name))
        {
            return;
        }
        try
        {
            std::filesystem::create_directories(_dir_path_name);
        }
        catch (const std::filesystem::filesystem_error &e)
        {
            std::cerr << e.what() << "\r\n";
        }
    }

    void SyncLog(const std::string &logmessage) override
    {
        {
            LockGuard lockguard(&_lock);
            std::string target = _dir_path_name;
            target += "/";
            target += _filename;

            std::ofstream out(target.c_str(), std::ios::app); // app -- append
            if (!out.is_open())                               // 打开失败
            {
                return;
            }
            out << logmessage << "\n"; // 等价于 out.wirte
            out.close();
        }
    }

    ~FileLogStrategy()
    {
    }

private:
    std::string _dir_path_name; // 目录路径的名字
    std::string _filename;      // 形成日志文件的文件名
    Mutex _lock;
};

// 网络刷新
cpp 复制代码 
//main.cc

#include "Logger.hpp"
#include <memory>

int main()
{
    std::string test = "hello log,test log";
    //测试策略1：显示器写入
    std::unique_ptr<LogStrategy> logger_ptr = std::make_unique<ConsoleLogStrategy>();
    logger_ptr -> SyncLog(test);
    logger_ptr -> SyncLog(test);
    logger_ptr -> SyncLog(test);
    logger_ptr -> SyncLog(test);
    logger_ptr -> SyncLog(test);

    return 0;
}

运行结果：

cpp 复制代码 
#include "Logger.hpp"
#include <memory>

int main()
{
    std::string test = "hello log,test log";

    //测试策略2：文件写入
    std::unique_ptr<LogStrategy> logger_ptr = std::make_unique<FileLogStrategy>();
    logger_ptr -> SyncLog(test);
    logger_ptr -> SyncLog(test);
    logger_ptr -> SyncLog(test);
    logger_ptr -> SyncLog(test);
    logger_ptr -> SyncLog(test);

    return 0;
}

运行结果：

3.3.2 构建一条完整的日志

时间的获取：

  • time() ：获得时间戳
  • time_t ：无符号的整数类型
  • time() returns the time as the number of seconds since the Epoch,1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC).
  • 将时间戳转换为可重入的结构体
  • 返回值失败为NULL，成功该结构体的地址
cpp 复制代码 
// 2026-06-06 06:06:06
std::string GetCurrentTime()
{
    // 1. 获取时间戳
    time_t currentime = time(nullptr);

    // 2.如何将时间戳转换成为年月日时分秒的格式
    struct tm currt_tm;
    localtime_r(&currentime, &currt_tm);

    // 3. 将年月日时分秒转换成字符串
    char timebuffer[64];
    snprintf(timebuffer,sizeof(timebuffer),"%4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",
    currt_tm.tm_year,
    currt_tm.tm_mon,
    currt_tm.tm_mday,
    currt_tm.tm_hour,
    currt_tm.tm_min,
    currt_tm.tm_sec
);
    return timebuffer;
}

为什么是这样的呢？？？

是因为在struct tm结构体中的年份是减去1900，月份是0-11，所以对应的年份+1900，月份+1。

cpp 复制代码 
// 2026-06-06 06:06:06
std::string GetCurrentTime()
{
    // 1. 获取时间戳
    time_t currentime = time(nullptr);

    // 2.如何将时间戳转换成为年月日时分秒的格式
    struct tm currt_tm;
    localtime_r(&currentime, &currt_tm);

    // 3. 将年月日时分秒转换成字符串
    char timebuffer[64];
    snprintf(timebuffer,sizeof(timebuffer),"%4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",
    currt_tm.tm_year+1900,
    currt_tm.tm_mon+1,
    currt_tm.tm_mday,
    currt_tm.tm_hour,
    currt_tm.tm_min,
    currt_tm.tm_sec
);
    return timebuffer;
}

此时的运行结果便是正确的！！

继续将日志的内容补充完整：

cpp 复制代码 
// Logger.hpp
#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include "Mutex.hpp"
#include <filesystem> // C+++17 文件操作
#include <fstream>
#include <ctime>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sstream>


// 规定出常见的日志等级  -- 枚举，枚举出来的就是一个整数

enum class LogLevel
{
    DEBUG,   // 0
    INFO,    // 1
    WARNING, // 2
    ERROR,   // 3
    FATAL    // 4
};

std::string Level2String(LogLevel level)
{
    switch (level)
    {
    case LogLevel::DEBUG:
        return "Debug";
    case LogLevel::INFO:
        return "Info";
    case LogLevel::WARNING:
        return "Warning";
    case LogLevel::ERROR:
        return "Error";
    case LogLevel::FATAL:
        return "Fatal";
    default:
        return "Unknown";
    }
}

// 2026-06-06 06:06:06
std::string GetCurrentTime()
{
    // 1. 获取时间戳
    time_t currentime = time(nullptr);

    // 2.如何将时间戳转换成为年月日时分秒的格式
    struct tm currt_tm;
    localtime_r(&currentime, &currt_tm);

    // 3. 将年月日时分秒转换成字符串
    char timebuffer[64];
    snprintf(timebuffer, sizeof(timebuffer), "%4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",
             currt_tm.tm_year + 1900,
             currt_tm.tm_mon + 1,
             currt_tm.tm_mday,
             currt_tm.tm_hour,
             currt_tm.tm_min,
             currt_tm.tm_sec);
    return timebuffer;
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 1. 日志刷新的问题  -- 假设我们已经有了一条完整的日志，string ->设备（显示器，文件）
// 基类方法
class LogStrategy
{
public:
    virtual ~LogStrategy() = default;
    virtual void SyncLog(const std::string &logmessage) = 0;
};

// 显示器刷新
class ConsoleLogStrategy : public LogStrategy
{
public:
    ~ConsoleLogStrategy()
    {
    }
    void SyncLog(const std::string &logmessage) override
    {
        // 日志可被任何线程同时访问，显示器就是临界资源  -- 加锁，进行安全打印
        LockGuard lockguard(&_lock);
        std::cout << logmessage << std::endl;
    }

private:
    Mutex _lock;
};

const std::string logdefaultdir = "log";
const static std::string logfilename = "test.log";

// 文件刷新  在文件中追加式的写入
class FileLogStrategy : public LogStrategy
{
public:
    FileLogStrategy(const std::string &dir = logdefaultdir,
                    const std::string filename = logfilename)
        : _dir_path_name(dir), _filename(filename)
    {
        LockGuard lockguard(&_lock);
        // 目录不存在，新建；存在，构建过程就算完成
        if (std::filesystem::exists(_dir_path_name))
        {
            return;
        }
        try
        {
            std::filesystem::create_directories(_dir_path_name);
        }
        catch (const std::filesystem::filesystem_error &e)
        {
            std::cerr << e.what() << "\r\n";
        }
    }

    void SyncLog(const std::string &logmessage) override
    {
        {
            LockGuard lockguard(&_lock);
            std::string target = _dir_path_name;
            target += "/";
            target += _filename;

            std::ofstream out(target.c_str(), std::ios::app); // app -- append
            if (!out.is_open())                               // 打开失败
            {
                return;
            }
            out << logmessage << "\n"; // 等价于 out.wirte
            out.close();
        }
    }

    ~FileLogStrategy()
    {
    }

private:
    std::string _dir_path_name; // 目录路径的名字
    std::string _filename;      // 形成日志文件的文件名
    Mutex _lock;
};

// 网络刷新

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// logger -- 1. 要有刷新策略  2. 要有构建一条完整日志的能力
class Logger
{
public:
    Logger()
    {
    }
    void EnableConsoleLogStrategy()
    {
        _strategy = std::make_unique<ConsoleLogStrategy>();
    }
    void EnableFileLogStrategy()
    {
        _strategy = std::make_unique<FileLogStrategy>();
    }
    // 形成一条完整日志的方式 -- 内部类
    class LogMessage // 代表一条具体的message
    {
    public:
        LogMessage(LogLevel level,std::string &filename, int line,Logger &logger)
        :_curr_time(GetCurrentTime()), 
        _level(level),
        _pid(getpid()),
        _filename(filename),
        _line(line),
        _logger(logger)
        {
            std::stringstream ss;
            ss << "[" << _curr_time << "] "
               << "[" << Level2String(_level) << "] "
               << "[" << _pid << "] "
               << "[" << _filename << "] "
               << "[" << _line << "]"
               << " - ";
               _loginfo = ss.str();      
        }

        template<typename T>
        LogMessage& operator << (const T&info)
        {
            std::stringstream ss;
            ss << info;
            _loginfo += ss.str();
            return *this;
        } 

        ~LogMessage() 
        {
            if(_logger._strategy)
            {
                _logger._strategy->SyncLog(_loginfo);
            }
        }

    private:
        std::string _curr_time; // 日志时间
        LogLevel _level;        // 日志等级
        pid_t _pid;             // 进程pid
        std::string _filename;
        int _line; // 行号

        std::string _loginfo;  //一条合并完成的，完整的日志信息
        Logger &_logger; //内部类使用外部logger类进行刷新，提供刷新策略的具体做法
    };

    LogMessage operator()(LogLevel level,std::string filename, int line)
    {
        return LogMessage(level,filename,line,*this);
    }

    ~Logger()
    {
    }

private:
    std::unique_ptr<LogStrategy> _strategy;
};

Logger logger;

#define LOG(level) logger(level,__FILE__,__LINE__)
#define EnableConsoleLogStrategy() logger.EnableConsoleLogStrategy()
#define EnableFileLogStrategy() logger.EnableFileLogStrategy()
cpp 复制代码 
//main.cc
#include "Logger.hpp"
#include <memory>
#include <unistd.h>

int main()
{
    EnableConsoleLogStrategy();
    LOG(LogLevel::ERROR) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::DEBUG) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::WARNING) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::ERROR) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::ERROR) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;

    return 0;
}

运行结果：

cpp 复制代码 
#include "Logger.hpp"
#include <memory>
#include <unistd.h>

int main()
{
    // EnableConsoleLogStrategy();
    EnableFileLogStrategy();
    LOG(LogLevel::ERROR) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::DEBUG) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::WARNING) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::ERROR) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::ERROR) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    return 0;
}

反向理解：

cpp 复制代码 
#include "Logger.hpp"
#include <memory>
#include <unistd.h>

int main()
{
    // EnableConsoleLogStrategy();
    EnableFileLogStrategy();

    //RAII风格的日志构建和输出刷新的过程
    LOG(LogLevel::ERROR) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::DEBUG) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::WARNING) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::ERROR) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;
    LOG(LogLevel::ERROR) << "hello logger, hello log" << ", 22.22 "<< 1123;

    return 0;
}
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