上图展示了线程池的基本架构：主线程不断向任务队列添加任务，多个工作线程从队列中取出任务并执行。

4.1 线程安全的单例实现

以C++11为例，可以使用静态局部变量的方式实现线程安全的单例，因为C++11保证了静态局部变量的初始化是线程安全的。示例代码：

    class ThreadPool {public:    static ThreadPool& getInstance() {        static ThreadPool instance;        return instance;    }    // 删除拷贝构造和赋值    ThreadPool(const ThreadPool&) = delete;    ThreadPool& operator=(const ThreadPool&) = delete;private:    ThreadPool() = default; // 私有构造函数};  

4.2 线程池的核心实现

接下来添加任务队列、工作线程、启动和停止方法。使用互斥锁和条件变量实现线程安全的任务分发。代码示例：

    #include #include #include #include #include #include #include class ThreadPool {public:    static ThreadPool& getInstance() {        static ThreadPool instance;        return instance;    }    template    auto enqueue(F&& f, Args&&... args)         -> std::future::type> {        using return_type = typename std::result_of::type;        auto task = std::make_shared< std::packaged_task >(            std::bind(std::forward(f), std::forward(args)...)        );        std::future result = task->get_future();        {            std::unique_lock lock(queue_mutex);            if(stop) throw std::runtime_error("enqueue on stopped ThreadPool");            tasks.emplace(task{ (*task)(); });        }        condition.notify_one();        return result;    }    ~ThreadPool() {        {            std::unique_lock lock(queue_mutex);            stop = true;        }        condition.notify_all();        for(std::thread &worker: workers)            worker.join();    }private:    ThreadPool(size_t threads = std::thread::hardware_concurrency()) : stop(false) {        for(size_t i = 0; i < threads; ++i)            workers.emplace_back([this] {                for(;;) {                    std::function task;                    {                        std::unique_lock lock(this->queue_mutex);                        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();                }            });    }    std::vector workers;    std::queue> tasks;    std::mutex queue_mutex;    std::condition_variable condition;    bool stop;};  

上述代码实现了一个简单的线程池，支持提交任意可调用对象，并返回future获取结果。构造函数私有，通过getInstance获取唯一实例。

5. 使用示例

下面展示如何使用这个单例线程池：

    #include int main() {    ThreadPool& pool = ThreadPool::getInstance();    auto result = pool.enqueue([](int answer) { return answer; }, 42);    std::cout << result.get() << std::endl;    return 0;}  

6. 注意事项

- 线程池大小需要根据系统资源和任务类型合理设置。- 单例模式在多线程环境下必须保证线程安全，上述C++11实现是安全的。- 任务队列可能成为瓶颈，可以考虑无锁队列等优化。- 线程池的停止需要优雅处理，确保所有任务完成。

7. 总结

本文详细介绍了如何基于单例模式设计一个线程池，从概念到实现，并给出了C++代码示例。通过单例模式，我们确保了线程池的唯一性，避免了资源浪费。这种设计模式在实际项目中非常有用，希望读者能掌握并灵活运用。

关键词：单例模式、线程池、多线程、设计模式