在开发C++程序时，一般在吞吐量、并发、实时性上有较高的要求。设计C++程序时，总结起来可以从如下几点提高效率：

● l 并发

● l 异步

● l 缓存

下面将我平常工作中遇到一些问题例举一二，其设计思想无非以上三点。

1、任务队列

1.1 以生产者-消费者模型设计任务队列

生产者-消费者模型是人们非常熟悉的模型，比如在某个服务器程序中，当User数据被逻辑模块修改后，就产生一个更新数据库的任务（produce），投递给IO模块任务队列，IO模块从任务队列中取出任务执行sql操作（consume）。

设计通用的任务队列，示例代码如下：

void task_queue_t::produce(const task_t& task_) {

lock_guard_t lock(m_mutex);

if (m_tasklist->empty()){//! 条件满足唤醒等待线程

m_cond.signal();

}

m_tasklist->push_back(task_);

}

int task_queue_t::comsume(task_t& task_){

lock_guard_t lock(m_mutex);

while (m_tasklist->empty())//! 当没有作业时，就等待直到条件满足被唤醒{

if (false == m_flag){

return -1;

}

m_cond.wait();

}

task_ = m_tasklist->front();

m_tasklist->pop_front();

return 0;

}

1.2 任务队列使用技巧

1.2.1 IO 与 逻辑分离

比如网络游戏服务器程序中，网络模块收到消息包，投递给逻辑层后立即返回，继续接受下一个消息包。逻辑线程在一个没有io操作的环境下运行，以保障实时性。示例：

void handle_xx_msg(long uid, const xx_msg_t& msg){

logic_task_queue->post(boost::bind(&servie_t::proces, uid, msg));

}

注意，此模式下为单任务队列，每个任务队列单线程。

1.2.2 并行流水线

上面的只是完成了io 和 cpu运算的并行，而cpu中逻辑操作是串行的。在某些场合，cpu逻辑运算部分也可实现并行，如游戏中用户A种菜和B种菜两种操作是完全可以并行的，因为两个操作没有共享数据。最简单的方式是A、B相关的操作被分配到不同的任务队列中。示例如下：

void handle_xx_msg(long uid, const xx_msg_t& msg) {

logic_task_queue_array[uid % sizeof(logic_task_queue_array)]->post(

boost::bind(&servie_t::proces, uid, msg));

}

注意，此模式下为多任务队列，每个任务队列单线程。

1.2.3 连接池与异步回调

比如逻辑Service模块需要数据库模块异步载入用户数据，并做后续处理计算。而数据库模块拥有一个固定连接数的连接池，当执行SQL的任务到来时，选择一个空闲的连接，执行SQL，并把SQL 通过回调函数传递给逻辑层。其步骤如下：

●n 预先分配好线程池，每个线程创建一个连接到数据库的连接

●n 为数据库模块创建一个任务队列，所有线程都是这个任务队列的消费者

●n 逻辑层想数据库模块投递sql执行任务，同时传递一个回调函数来接受sql执行结果

示例如下：

void db_t:load(long uid_, boost::functionpost(boost::bind(&db_t:load, uid, func));

注意，此模式下为单任务队列，每个任务队列多线程。

2. 日志

本文主要讲C++多线程编程，日志系统不是为了提高程序效率，但是在程序调试、运行期排错上，日志是无可替代的工具，相信开发后台程序的朋友都会使用日志。常见的日志使用方式有如下几种：

●n 流式，如logstream << “start servie time[%d]” << time(0) << ” app name[%s]” << app_string.c_str() << endl;

●n Printf 格式如：logtrace(LOG_MODULE, “start servie time[%d] app name[%s]”, time(0), app_string.c_str());

二者各有优缺点，流式是线程安全的，printf格式格式化字符串会更直接，但缺点是线程不安全，如果把app_string.c_str() 换成app_string （std::string），编译被通过，但是运行期会crash（如果运气好每次都crash，运气不好偶尔会crash）。我个人钟爱printf风格，可以做如下改进：

●l 增加线程安全，利用C++模板的traits机制，可以实现线程安全。示例：

template

void logtrace(const char* module, const char* fmt, ARG1 arg1){

boost::format s(fmt);

f % arg1;

}

这样，除了标准类型+std::string 传入其他类型将编译不能通过。这里只列举了一个参数的例子，可以重载该版本支持更多参数，如果你愿意，可以支持9个参数或更多。

●l 为日志增加颜色，在printf中加入控制字符，可以再屏幕终端上显示颜色。

●l 每个线程启动时，都应该用日志打印该线程负责什么功能。这样，程序跑起来的时候通过top –H – p pid 可以得知那个功能使用cpu的多少。实际上，我的每行日志都会打印线程id，此线程id非pthread_id，而其实是线程对应的系统分配的进程id号。

3. 性能监控

尽管已经有很多工具可以分析c++程序运行性能，但是其大部分还是运行在程序debug阶段。我们需要一种手段在debug和release阶段都能监控程序，一方面得知程序瓶颈之所在，一方面尽早发现哪些组件在运行期出现了异常。

通常都是使用gettimeofday 来计算某个函数开销，可以精确到微妙。可以利用C++的确定性析构，非常方便的实现获取函数开销的小工具,示例如下：

struct profiler{

profiler(const char* func_name){

gettimeofday(&tv, NULL);

}

~profiler(){

struct timeva l tv2;

gettimeofday(&tv2, NULL);

long cost = (tv.tv_sec - tv.tv_sec) * 1000000 + (tv.tv_usec - tv.tv_usec);

//! post to some manager

}

struct tim