C++ 스레드 풀 | "Thread Pool" 구현 가이드
이 글의 핵심
C++ 스레드 풀에 대한 실전 가이드입니다. 개념부터 실무 활용까지 예제와 함께 상세히 설명합니다.
스레드 풀이란?
미리 생성된 스레드들로 작업을 효율적으로 처리
// 매번 스레드 생성 (비효율)
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
thread t(task);
t.detach();
}
// 스레드 풀 (효율적)
ThreadPool pool(4);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
pool.enqueue(task);
}기본 구현
#include <thread>
#include <queue>
#include <functional>
#include <condition_variable>
#include <future>
class ThreadPool {
private:
vector<thread> workers;
queue<function<void()>> tasks;
mutex mtx;
condition_variable cv;
bool stop = false;
public:
ThreadPool(size_t numThreads) {
for (size_t i = 0; i < numThreads; i++) {
workers.emplace_back([this] {
while (true) {
function<void()> task;
{
unique_lock<mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, [this] {
return stop || !tasks.empty();
});
if (stop && tasks.empty()) {
return;
}
task = move(tasks.front());
tasks.pop();
}
task();
}
});
}
}
template<class F>
void enqueue(F&& f) {
{
unique_lock<mutex> lock(mtx);
tasks.emplace(forward<F>(f));
}
cv.notify_one();
}
~ThreadPool() {
{
unique_lock<mutex> lock(mtx);
stop = true;
}
cv.notify_all();
for (auto& worker : workers) {
worker.join();
}
}
};future 지원
class ThreadPool {
private:
vector<thread> workers;
queue<function<void()>> tasks;
mutex mtx;
condition_variable cv;
bool stop = false;
public:
ThreadPool(size_t numThreads) {
for (size_t i = 0; i < numThreads; i++) {
workers.emplace_back([this] {
while (true) {
function<void()> task;
{
unique_lock<mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, [this] {
return stop || !tasks.empty();
});
if (stop && tasks.empty()) {
return;
}
task = move(tasks.front());
tasks.pop();
}
task();
}
});
}
}
template<class F, class... Args>
auto enqueue(F&& f, Args&&... args)
-> future<typename result_of<F(Args...)>::type>
{
using return_type = typename result_of<F(Args...)>::type;
auto task = make_shared<packaged_task<return_type()>>(
bind(forward<F>(f), forward<Args>(args)...)
);
future<return_type> res = task->get_future();
{
unique_lock<mutex> lock(mtx);
tasks.emplace([task]() { (*task)(); });
}
cv.notify_one();
return res;
}
~ThreadPool() {
{
unique_lock<mutex> lock(mtx);
stop = true;
}
cv.notify_all();
for (auto& worker : workers) {
worker.join();
}
}
};실전 예시
예시 1: 병렬 계산
int compute(int x) {
this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(100));
return x * x;
}
int main() {
ThreadPool pool(4);
vector<future<int>> results;
// 작업 제출
for (int i = 0; i < 10; i++) {
results.emplace_back(pool.enqueue(compute, i));
}
// 결과 수집
for (auto& result : results) {
cout << result.get() << endl;
}
}예시 2: 파일 처리
void processFile(const string& filename) {
cout << "처리 중: " << filename << endl;
this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(500));
}
int main() {
ThreadPool pool(4);
vector<string> files = {
"file1.txt", "file2.txt", "file3.txt",
"file4.txt", "file5.txt", "file6.txt"
};
for (const auto& file : files) {
pool.enqueue(processFile, file);
}
// 자동으로 완료 대기 (소멸자)
}예시 3: 웹 크롤러
#include <set>
class WebCrawler {
private:
ThreadPool pool;
set<string> visited;
mutex mtx;
public:
WebCrawler(size_t numThreads) : pool(numThreads) {}
void crawl(const string& url) {
{
lock_guard<mutex> lock(mtx);
if (visited.count(url)) {
return;
}
visited.insert(url);
}
pool.enqueue([this, url]() {
cout << "크롤링: " << url << endl;
// 페이지 다운로드
this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(100));
// 링크 추출 (시뮬레이션)
vector<string> links = {
url + "/page1",
url + "/page2"
};
for (const auto& link : links) {
crawl(link);
}
});
}
};
int main() {
WebCrawler crawler(4);
crawler.crawl("http://example.com");
this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2));
}예시 4: 이미지 처리
struct Image {
string filename;
int width, height;
};
Image processImage(const string& filename) {
cout << "처리 중: " << filename << endl;
this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(200));
return {filename, 800, 600};
}
int main() {
ThreadPool pool(4);
vector<string> images = {
"img1.jpg", "img2.jpg", "img3.jpg",
"img4.jpg", "img5.jpg", "img6.jpg"
};
vector<future<Image>> results;
for (const auto& img : images) {
results.emplace_back(pool.enqueue(processImage, img));
}
for (auto& result : results) {
Image img = result.get();
cout << img.filename << ": "
<< img.width << "x" << img.height << endl;
}
}우선순위 큐
class PriorityThreadPool {
private:
struct Task {
int priority;
function<void()> func;
bool operator<(const Task& other) const {
return priority < other.priority; // 높은 우선순위 먼저
}
};
vector<thread> workers;
priority_queue<Task> tasks;
mutex mtx;
condition_variable cv;
bool stop = false;
public:
PriorityThreadPool(size_t numThreads) {
for (size_t i = 0; i < numThreads; i++) {
workers.emplace_back([this] {
while (true) {
function<void()> task;
{
unique_lock<mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, [this] {
return stop || !tasks.empty();
});
if (stop && tasks.empty()) {
return;
}
task = move(tasks.top().func);
tasks.pop();
}
task();
}
});
}
}
template<class F>
void enqueue(int priority, F&& f) {
{
unique_lock<mutex> lock(mtx);
tasks.push({priority, forward<F>(f)});
}
cv.notify_one();
}
~PriorityThreadPool() {
{
unique_lock<mutex> lock(mtx);
stop = true;
}
cv.notify_all();
for (auto& worker : workers) {
worker.join();
}
}
};자주 발생하는 문제
문제 1: 데드락
// ❌ 작업이 다른 작업 대기
pool.enqueue([&pool]() {
auto f = pool.enqueue( { return 42; });
f.get(); // 데드락 가능
});
// ✅ 중첩 작업 피하기문제 2: 예외 처리
// ❌ 예외 무시
pool.enqueue( {
throw runtime_error("에러");
});
// ✅ future로 예외 전달
auto f = pool.enqueue( {
throw runtime_error("에러");
return 42;
});
try {
f.get();
} catch (const exception& e) {
cout << e.what() << endl;
}문제 3: 스레드 수
// ❌ 너무 많은 스레드
ThreadPool pool(1000); // 오버헤드
// ✅ CPU 코어 수 기반
ThreadPool pool(thread::hardware_concurrency());FAQ
Q1: 스레드 풀은 언제 사용하나요?
A:
- 많은 작은 작업
- 스레드 생성 비용 절감
- 리소스 제한
Q2: 스레드 수는?
A:
- CPU 바운드:
hardware_concurrency() - I/O 바운드: 더 많이 (2-4배)
Q3: 성능 향상은?
A: 스레드 생성/소멸 비용 제거. 작은 작업에서 큰 효과.
Q4: 우선순위는?
A: priority_queue 사용.
Q5: 작업 취소는?
A: atomic<bool> 플래그로 구현.
Q6: 스레드 풀 학습 리소스는?
A:
- “C++ Concurrency in Action”
- Boost.Asio
- “Effective Modern C++“
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