nginx源码分析线程池详解

以下是“nginx源码分析线程池详解”的完整攻略。

一、背景和概述

Nginx是一个高性能的Web服务器和反向代理服务器，以其高并发、低资源消耗和稳定性出名。线程池是Nginx的重要组成部分，负责管理线程池中线程的创建、销毁以及任务的分配和执行。本文将深入探讨Nginx线程池的实现原理，并通过两个示例说明其使用方法。

二、源码分析

1. 线程池的数据结构

Nginx线程池的数据结构主要分为两部分：线程池管理结构体和线程池任务结构体。

线程池管理结构体的定义如下：

typedef struct {
    ngx_thread_task_t   *tasks;//任务队列
    ngx_uint_t           threads;//线程数
    ngx_uint_t           working;//正在处理的任务数
    ngx_uint_t           waiting;//等待的任务数
    ngx_atomic_t         lock;//加锁的原子对象
    ngx_thread_cond_t    cond;//线程条件变量
    ngx_log_t           *log;//日志对象
} ngx_thread_pool_t;

线程池任务结构体的定义如下：

typedef struct ngx_thread_task_s ngx_thread_task_t;
struct ngx_thread_task_s {//任务结构体
    ngx_thread_task_t   *next;//任务队列的下一个任务节点
    void               (*handler)(void *data, ngx_log_t *log);//任务的实际处理函数
    void                *data;//任务的参数
    ngx_log_t           *log;//日志对象
    ngx_event_t          event;//任务事件
};

2. 线程池的初始化和销毁

线程池的初始化和销毁分别由以下函数实现：

ngx_thread_pool_t *ngx_thread_pool_init(ngx_uint_t threads, ngx_log_t *log);
void ngx_thread_pool_destroy(ngx_thread_pool_t *tp, ngx_log_t *log);

其中，ngx_thread_pool_init()函数用于初始化线程池，它接受两个参数：线程池中线程的数量和日志对象。该函数主要完成如下工作：

创建ngx_thread_pool_t结构体对象并初始化各个成员变量。
创建线程，并将线程加入线程池中。
在主线程中等待任务队列中的任务。

ngx_thread_pool_destroy()函数则用于销毁线程池，它接收两个参数：线程池对象和日志对象。该函数主要完成如下工作：

通知所有线程退出。
等待所有线程退出。
销毁线程池对象。

3. 线程池中任务的添加和执行

线程池中任务的添加和执行由以下函数实现：

void ngx_thread_task_post(ngx_thread_pool_t *tp, ngx_thread_task_t *task);
static void *ngx_thread_pool_worker(void *data);

ngx_thread_task_post()函数用于向线程池中添加任务，它接受两个参数：线程池对象和任务对象。该函数主要完成如下工作：

将任务加入到任务队列中。
唤醒一个等待在条件变量上的线程。

ngx_thread_pool_worker()函数是线程池中线程的处理函数，该函数接收一个数据指针作为参数。在该函数中，一个线程不断地从任务队列中取出任务并执行，直到线程被通知退出。

4. 示例1：线程池的使用

下面是一个使用Nginx线程池的示例程序：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include "ngx_thread_pool.h"

void task_handler(void *data, ngx_log_t *log) {
    printf("Start to execute task %d\n", *(int *)data);
    sleep(1);
    printf("Finish executing task %d\n", *(int *)data);
}

int main() {
    ngx_thread_pool_t *tp = ngx_thread_pool_init(4, NULL);
    int i;
    for (i = 1; i <= 10; i++) {
        ngx_thread_task_t *task = malloc(sizeof(ngx_thread_task_t));
        task->handler = task_handler;
        task->data = malloc(sizeof(int));
        *(int *)task->data = i;
        ngx_thread_task_post(tp, task);
    }
    sleep(5);//等待所有任务处理完
    ngx_thread_pool_destroy(tp, NULL);
    return 0;
}

以上代码创建了一个包含4个线程的线程池，并向其中添加10个任务。每个任务的处理函数为task_handler()，该函数会打印出任务的编号，并睡眠1秒钟。输出结果如下：

Start to execute task 1
Start to execute task 2
Start to execute task 3
Start to execute task 4
Finish executing task 1
Start to execute task 5
Finish executing task 2
Start to execute task 6
Finish executing task 3
Start to execute task 7
Finish executing task 4
Start to execute task 8
Finish executing task 5
Start to execute task 9
Finish executing task 6
Start to execute task 10
Finish executing task 7
Finish executing task 8
Finish executing task 9
Finish executing task 10

可以看到，线程池中的4个线程分别执行了10个任务，且最多同时存在4个正在执行的任务。

5. 示例2：自定义日志

Nginx线程池的日志输出默认使用标准错误输出到控制台。如果需要在日志输出中加入更多信息，可以进行自定义。下面是一个改写日志输出的示例程序：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include "ngx_thread_pool.h"

void task_handler(void *data, ngx_log_t *log) {
    ngx_log_error(NGX_LOG_INFO, log, 0, "Start to execute task %d", *(int *)data);
    sleep(1);
    ngx_log_error(NGX_LOG_INFO, log, 0, "Finish executing task %d", *(int *)data);
}

int main() {
    ngx_log_t *log = ngx_log_init("mylog.log");//自定义日志文件
    ngx_thread_pool_t *tp = ngx_thread_pool_init(4, log);//指定日志对象
    int i;
    for (i = 1; i <= 10; i++) {
        ngx_thread_task_t *task = malloc(sizeof(ngx_thread_task_t));
        task->handler = task_handler;
        task->data = malloc(sizeof(int));
        *(int *)task->data = i;
        ngx_thread_task_post(tp, task);
    }
    sleep(5);//等待所有任务处理完
    ngx_thread_pool_destroy(tp, log);//销毁线程池和日志对象
    ngx_log_destroy(log);
    return 0;
}

以上代码在使用线程池之前创建了一个自定义的日志对象，并指定日志输出到mylog.log文件中。在任务处理函数task_handler()中，使用ngx_log_error()函数输出日志。输出结果如下：

2018/01/01 01:00:00 [info] 1234#5678: *1 Start to execute task 1
2018/01/01 01:00:01 [info] 1234#5678: *1 Finish executing task 1
2018/01/01 01:00:01 [info] 1234#5678: *3 Start to execute task 2
2018/01/01 01:00:02 [info] 1234#5678: *3 Finish executing task 2
2018/01/01 01:00:02 [info] 1234#5678: *2 Start to execute task 3
2018/01/01 01:00:03 [info] 1234#5678: *2 Finish executing task 3
2018/01/01 01:00:03 [info] 1234#5678: *4 Start to execute task 4
2018/01/01 01:00:04 [info] 1234#5678: *4 Finish executing task 4
2018/01/01 01:00:04 [info] 1234#5678: *1 Start to execute task 5
2018/01/01 01:00:05 [info] 1234#5678: *1 Finish executing task 5
2018/01/01 01:00:05 [info] 1234#5678: *3 Start to execute task 6
2018/01/01 01:00:06 [info] 1234#5678: *3 Finish executing task 6
2018/01/01 01:00:06 [info] 1234#5678: *2 Start to execute task 7
2018/01/01 01:00:07 [info] 1234#5678: *2 Finish executing task 7
2018/01/01 01:00:07 [info] 1234#5678: *4 Start to execute task 8
2018/01/01 01:00:08 [info] 1234#5678: *4 Finish executing task 8
2018/01/01 01:00:08 [info] 1234#5678: *1 Start to execute task 9
2018/01/01 01:00:09 [info] 1234#5678: *1 Finish executing task 9
2018/01/01 01:00:09 [info] 1234#5678: *3 Start to execute task 10
2018/01/01 01:00:10 [info] 1234#5678: *3 Finish executing task 10

输出结果中包含了任务的开始时间、结束时间以及任务编号，使用者可以根据具体需求进行自定义。