[c++] C++ 스레드 풀과 작업 로딩 밸런싱

07 Dec 2023

이번 글에서는 C++을 사용하여 스레드 풀을 구현하고, 작업 로딩 밸런싱을 적용하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

스레드 풀 구현

먼저, 스레드 풀은 여러 개의 스레드를 미리 생성해 놓고 작업을 분배하여 병렬로 처리하는데 사용됩니다. C++11 이상의 표준을 사용한다면, std::thread와 std::function을 활용하여 스레드 풀을 쉽게 구현할 수 있습니다.

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <queue>
#include <functional>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

class ThreadPool {
public:
    ThreadPool(size_t numThreads) : stop(false) {
        for (size_t i = 0; i < numThreads; ++i) {
            workers.emplace_back(
                [this] {
                    for (;;) {
                        std::function<void()> task;
                        {
                            std::unique_lock<std::mutex> lock(this->queueMutex);
                            this->condition.wait(lock, [this] { return this->stop || !this->tasks.empty(); });
                            if (this->stop && this->tasks.empty()) {
                                return;
                            }
                            task = std::move(this->tasks.front());
                            this->tasks.pop();
                        }
                        task();
                    }
                }
            );
        }
    }

    template<class F>
    void enqueue(F&& f) {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);
            tasks.emplace(std::forward<F>(f));
        }
        condition.notify_one();
    }

    ~ThreadPool() {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);
            stop = true;
        }
        condition.notify_all();
        for (std::thread &worker : workers) {
            worker.join();
        }
    }

private:
    std::vector<std::thread> workers;
    std::queue<std::function<void()>> tasks;
    std::mutex queueMutex;
    std::condition_variable condition;
    bool stop;
};

위 코드는 ThreadPool 클래스를 정의하고, 생성자에서 원하는 수의 스레드를 만들고 각 스레드는 작업 큐를 확인하여 작업을 차례로 수행하도록 구현되어 있습니다.

작업 로딩 밸런싱

작업 로딩 밸런싱은 각 스레드나 작업자에게 균등하게 작업을 분배하는 기술입니다. 이를 위하여 작업 큐에 들어온 작업을 균등하게 스레드들에게 분배하는 방식을 사용할 수 있습니다.

이를 위한 간단한 예시 코드는 다음과 같습니다.

void distributeWork(const std::vector<std::function<void()>>& allTasks, ThreadPool& pool) {
    for (const auto& task : allTasks) {
        pool.enqueue(task);
    }
}

결론

C++을 사용하여 스레드 풀을 구현하고 작업 로딩 밸런싱을 적용하는 방법에 대해 알아보았습니다. 이러한 방식을 적용하면 멀티스레딩 환경에서 작업을 효율적으로 분배하고 처리할 수 있습니다.