0. 需求

1. 項(xiàng)目功能概述

這是一個(gè)高性能的多線程任務(wù)隊(duì)列系統(tǒng)，主要提供以下功能：

1. 支持多個(gè)命名任務(wù)隊(duì)列的創(chuàng)建和管理
2. 支持異步任務(wù)的提交和執(zhí)行
3. 支持延遲任務(wù)的調(diào)度
4. 保證任務(wù)的FIFO（先進(jìn)先出）順序執(zhí)行
5. 支持多線程并發(fā)提交任務(wù)
6. 線程安全的任務(wù)管理

開源項(xiàng)目源地址： https://github.com/ouxianghui/task-queue.git

視頻講解：別盯著C++線程池了，來看看C++高性能多線程任務(wù)隊(duì)列系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可以寫進(jìn)簡(jiǎn)歷的項(xiàng)目

（非老廖開源，老廖這里只是加以分析和改進(jìn)，讓大家更容易掌握）

2 整體設(shè)計(jì)思路

1. 單例模式設(shè)計(jì)

• TaskQueueManager 采用單例模式
• 使用 std::once_flag 確保線程安全的初始化
• 通過全局宏 TQMgr 提供便捷訪問
• 線程安全考慮
• 使用互斥鎖保護(hù)隊(duì)列映射表
• 所有對(duì)隊(duì)列表的操作都是線程安全的
• 使用智能指針管理資源生命周期
• 任務(wù)隊(duì)列管理
• 使用 unordered_map 存儲(chǔ)命名任務(wù)隊(duì)列
• 支持動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和管理多個(gè)隊(duì)列
• 每個(gè)隊(duì)列都是獨(dú)立的執(zhí)行單元

3. 核心組件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

不同的隊(duì)列使用的線程是獨(dú)立的，可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)投遞到對(duì)應(yīng)的隊(duì)列，比如有些隊(duì)列專門執(zhí)行耗時(shí)的任務(wù)。

3.2 核心組件說明

TaskQueueManager

• 全局單例管理器
• 管理多個(gè)命名任務(wù)隊(duì)列
• 提供隊(duì)列的創(chuàng)建、獲取、檢查等功能
• 線程安全的隊(duì)列管理

TaskQueue

• 任務(wù)隊(duì)列的高層封裝
• 提供任務(wù)提交接口
• 支持普通任務(wù)和延遲任務(wù)
• 支持Lambda表達(dá)式和自定義任務(wù)

TaskQueueBase

• 任務(wù)隊(duì)列的底層實(shí)現(xiàn)
• 管理任務(wù)的實(shí)際執(zhí)行
• 保證任務(wù)的FIFO順序

QueuedTask

• 任務(wù)的基類
• 支持自定義任務(wù)實(shí)現(xiàn)
• 提供任務(wù)執(zhí)行接口

TaskQueueSTD

• 單獨(dú)的工作線程
• 支持即時(shí)任務(wù)和延遲任務(wù)
• FIFO（先進(jìn)先出）執(zhí)行順序
• 基于事件的任務(wù)通知機(jī)制
• 線程安全的任務(wù)管理

4. 工作流程圖

5. 類關(guān)系圖

6. 關(guān)鍵特性實(shí)現(xiàn)

6.1 任務(wù)提交

6.2 延遲任務(wù)處理

7. 本項(xiàng)目C++新特性使用要點(diǎn)

現(xiàn)代C++特性在項(xiàng)目中的使用原因和優(yōu)勢(shì)：

std::unique_ptr 的使用

void postTask(std::unique_ptr<QueuedTask> task);

使用原因：

• 明確所有權(quán)語義：任務(wù)隊(duì)列接管任務(wù)的所有權(quán)
• 防止內(nèi)存泄漏：智能指針自動(dòng)管理資源釋放
• 避免共享所有權(quán)：任務(wù)只能被一個(gè)隊(duì)列持有和執(zhí)行
• 強(qiáng)制移動(dòng)語義：不能意外地復(fù)制任務(wù)
• 零開銷抽象：性能與原始指針相當(dāng)

std::move 的使用

pending_queue_.push(std::pair<OrderId, std::unique_ptr<QueuedTask>>(order, std::move(task)));

使用原因：

• 避免不必要的復(fù)制：直接轉(zhuǎn)移資源所有權(quán)
• 提高性能：減少內(nèi)存分配和復(fù)制操作
• 配合 unique_ptr：實(shí)現(xiàn)資源的轉(zhuǎn)移
• 確保資源安全：防止多次釋放同一資源

std::forward 的使用

template <class Closure>
void postTask(Closure&& closure) {
    postTask(ToQueuedTask(std::forward<Closure>(closure)));
}

使用原因：

• 完美轉(zhuǎn)發(fā)：保持參數(shù)的值類別（左值/右值）
• 支持通用引用：使模板更靈活
• 優(yōu)化性能：避免不必要的復(fù)制
• 類型推導(dǎo)：支持不同類型的任務(wù)封裝

string_view 的使用

TaskQueueSTD(std::string_view queueName);

使用原因：

• 性能優(yōu)化：避免字符串復(fù)制
• 靈活性：可以接受字符串字面量、std::string等多種類型
• 只讀訪問：明確表明不會(huì)修改字符串
• 零開銷抽象：不會(huì)產(chǎn)生額外的內(nèi)存分配

其他現(xiàn)代C++特性的使用

a. Lambda表達(dá)式

thread_ = std::thread([this]{
    CurrentTaskQueueSetter setCurrent(this);
    this->processTasks();
});

• 簡(jiǎn)化代碼：方便地創(chuàng)建臨時(shí)函數(shù)對(duì)象
• 捕獲上下文：訪問外部變量
• 提高可讀性：就地定義行為

b. RAII模式

std::unique_lock<std::mutex> lock(pending_mutex_);

• 資源安全：自動(dòng)管理資源的生命周期
• 異常安全：確保資源正確釋放
• 簡(jiǎn)化代碼：避免手動(dòng)加鎖解鎖

c. 類型推導(dǎo)（auto）

auto tick = milliseconds();

• 簡(jiǎn)化代碼：避免冗長(zhǎng)的類型聲明
• 維護(hù)性：類型變化時(shí)無需修改代碼
• 泛型編程：支持模板和泛型算法

總體設(shè)計(jì)意圖

1. 安全性：

• 使用智能指針避免內(nèi)存泄漏
• 強(qiáng)制所有權(quán)語義防止資源誤用
• RAII確保資源正確管理
• 性能：
• 移動(dòng)語義避免不必要的復(fù)制
• string_view減少字符串開銷
• 零開銷抽象保持高效性
• 可維護(hù)性：
• 現(xiàn)代C++特性提高代碼可讀性
• 類型安全減少錯(cuò)誤
• 自動(dòng)化資源管理簡(jiǎn)化代碼
• 靈活性：
• 模板和完美轉(zhuǎn)發(fā)支持多種任務(wù)類型
• Lambda表達(dá)式簡(jiǎn)化任務(wù)定義
• 通用引用支持不同參數(shù)類型

這些特性的使用體現(xiàn)了現(xiàn)代C++的最佳實(shí)踐，既保證了代碼的安全性和性能，又提高了可維護(hù)性和靈活性。