从零实现的 C++ 线程池库，包含 3 种线程池 + 4 版同步队列 + 定时器系统，逐层迭代演进。
不使用任何第三方库，基于 C++ 标准库多线程原语（mutex、condition_variable、future、packaged_task）自底向上构建了完整的线程池框架。
┌─────────────────────────────┐
│ TimerManage │
│ (epoll 事件循环线程) │
│ runAt / runAfter / runEvery │
└────────────┬────────────────┘
│ 投递回调
▼
┌──────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 线程池 (3 种策略) │
│ │
│ FixedThreadPool CachedTreadPool WorkStealingPool │
│ [固定线程+全局队列] [动态伸缩+回收] [per-thread队列] │
│ │ │ │ │
│ └────────────────────┴───────────────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ SyncQueue (4 版进化) │
│ deque + mutex + condition_variable │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘
syncQueue_1 ──→ syncQueue_2 ──→ syncQueue_3 ──→ syncQueue_4
(基础队列) (+优雅关闭) (+返回状态码) (+多队列数组)
│ │ │ │
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FixedThreadPool │ CachedTreadPool WorkStealingPool
└───────────────┴───────────────┘
- FixedThreadPool — 固定线程数 + 全局单队列
- CachedTreadPool — 动态伸缩 + 空闲线程自动回收
- WorkStealingPool — per-thread 队列 + 工作窃取
- submit() 支持带返回值异步调用（future/packaged_task）
- 4 版同步队列（有界阻塞 / 优雅关闭 / 状态码 / 多队列）
- Timer — timerfd 内核定时器
- TimerManage — epoll 事件循环 + runAt/runAfter/runEvery
- Timestamp — 微秒精度时间戳
- C++20（std::latch 等）
- CMake 构建
- Linux timerfd / epoll
- 多线程：mutex、condition_variable、atomic、future、packaged_task
- 设计模式：RAII、单例、策略模式
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├── CMakeLists.txt
├── include/
│ ├── FixedThreadPool.hpp # 固定线程池
│ ├── CachedTreadPool.hpp # 可缓存伸缩线程池
│ ├── WorkStealingPool.hpp # 工作窃取线程池
│ ├── syncQueue_1.hpp # 基础有界阻塞队列
│ ├── syncQueue_2.hpp # + 优雅关闭
│ ├── syncQueue_3.hpp # + 返回状态码
│ ├── syncQueue_4.hpp # + 多队列数组
│ ├── Timer.hpp # timerfd 定时器
│ ├── TimerManage.hpp # epoll 定时器管理器
│ ├── Timestamp.hpp # 时间戳
│ └── LogCommon.hpp # 日志
├── src/
│ ├── Timer.cpp
│ ├── TimerMange.cpp
│ └── Timestamp.cpp
├── example/
│ ├── CMakeLists.txt
│ ├── threadpoolTest1.cpp # FixedThreadPool 测试
│ ├── threadpoolTest2.cpp # CachedTreadPool 测试
│ ├── threadpoolTest3.cpp # WorkStealingPool 测试
│ └── threadpoolTest4.cpp # Timer 测试
└── bin/ # 编译产物
mkdir -p build && cd build
cmake ..
make -j$(nproc)编译产物在 bin/：threadpool1 / threadpool2 / threadpool3 / threadpool4。
# FixedThreadPool — 10000 个随机向量生成+排序，单线程 vs 线程池对比
./bin/threadpool1
# CachedTreadPool — 动态伸缩验证
./bin/threadpool2
# WorkStealingPool — 工作窃取验证
./bin/threadpool3
# Timer — 定时器测试
./bin/threadpool4| 维度 | FixedThreadPool | CachedTreadPool | WorkStealingPool |
|---|---|---|---|
| 线程数 | 恒定 | [core, max] 动态 | 恒定 |
| 队列结构 | 1 个全局 deque | 1 个全局 deque | N 个 per-thread deque |
| 锁竞争 | 高（全局锁） | 高（全局锁） | 低（独立队列） |
| 扩容 | 无 | 空闲耗尽时创建 | 无 |
| 缩容 | 无 | 空闲超时 detach | 无 |
| 负载均衡 | 单队列自然平均 | 单队列自然平均 | 轮询投递 + 窃取 |
| 适用场景 | 负载稳定 | 波峰波谷 | 任务粒度不均 |
| 层面 | 决策 | 原因 |
|---|---|---|
| 线程管理 | shared_ptr<thread> |
防止 thread 析构时未 join 导致 terminate |
| 停止保护 | call_once + once_flag |
多线程可能同时调 Stop() |
| 队列满 | 同步执行降级 | 宁可阻塞当前线程也不丢任务 |
| 缩容 | 线程自己 detach |
线程退出只能自己操作自己 |
| 窃取策略 | move 整个队列 |
减少锁持有次数，批量处理 |
| 定时器 | timerfd + epoll |
内核高精度定时，不自己造轮子 |
#include "FixedThreadPool.hpp"
pool::FixedThreadPool pool(2000, thread::hardware_concurrency());
// 无返回值
pool.AddTask([]{ cout << "hello" << endl; });
// 有返回值
auto result = pool.submit([](int a, int b) { return a + b; }, 3, 4);
cout << result.get() << endl; // 7#include "CachedTreadPool.hpp"
// 核心 4 线程，最大 hardware+2，空闲 5 秒退出
pool::CachedTreadPool pool(4, 500, 5);
pool.AddTask([]{ /* 任务 */ });
// 空闲线程自动扩缩，无需手动管理#include "WorkStealingPool.hpp"
pool::WorkStealingPool pool(500, 8); // 8 线程，队列容量 500
pool.submit([]{ /* 任务 */ });
// 自动轮询分配队列 + 空闲线程窃取#include "TimerManage.hpp"
#include "FixedThreadPool.hpp"
pool::TimerManage tm;
tm.Init(100); // 100ms epoll 超时
tm.runAfter(3, []{ cout << "3秒后执行" << endl; });
tm.runEvery(1, []{ cout << "每秒执行" << endl; });