QT各种锁及线程同步应用

一.概述

1.在Qt中,主要有以下几种锁的类型:

(1)QMutex(互斥锁):是最常见的锁类型,用于实现简单的互斥访问。可以通过lock()和unlock()手动控制锁的加锁和解锁。

(2)QMutexLocker:是一个RAII类,用于简化对QMutex的加锁和解锁过程。在创建QMutexLocker对象时,会自动加锁,离开作用域时会自动解锁,确保资源在合适的时候被解锁,避免忘记解锁或异常导致未解锁的情况。

(3)QReadWriteLock(读写锁):用于实现读写分离的锁机制,允许多个线程同时读取共享资源,但只有一个线程可以进行写入操作。可以通过lockForRead()和lockForWrite()手动控制读取锁和写入锁。

QReadLocker和QWriteLocker:是QReadWriteLock的RAII类,用于简化对QReadWriteLock的加读锁和加写锁过程。在创建QReadLocker或QWriteLocker对象时,会自动加读锁或加写锁,离开作用域时会自动解锁,确保资源在合适的时候被解锁。

(4)QSemaphore(信号量):允许控制对共享资源的并发访问数量。可以通过acquire()和release()手动控制资源的获取和释放。

(5)QWaitCondition(条件变量):用于线程间的等待和唤醒,允许一个线程等待特定条件的发生,并在其他线程满足条件时发出信号。

总体来说,Qt提供了丰富的锁机制来帮助开发者实现线程安全的并发编程。选择合适的锁类型取决于具体的并发场景和资源访问需求。在使用锁时,一定要小心避免死锁和竞态条件等问题,确保线程间安全的共享资源访问。

同时,使用RAII类(如QMutexLocker、QReadLocker、QWriteLocker)可以简化锁的管理,减少出错的可能性。

2.其他线程同步机制

QThread::wait()

QThread::wait() 是Qt提供的一个线程同步机制,可以用于等待一个线程完成执行。调用该函数会使当前线程阻塞,直到指定的线程完成执行为止。

二.代码示例

1.QMutex(互斥锁)的例子:

#include <QMutex>

QMutex mutex;

int count = 0;

for (int i = 0; i < 1000; ++i) {

mutex.lock();

++count;

mutex.unlock();

}

qDebug() << "Final count:" << count;

2.QMutexLocker的例子:

#include <QCoreApplication>

#include <QMutex>

#include <QMutexLocker>

#include <QDebug>

void run() {

QMutex mutex;

QMutexLocker locker(&mutex);

for (int i = 0; i < 1000; ++i) {

++sharedResource;

}

qDebug() << "Thread" << QThread::currentThreadId() << "finished. Current count:" << sharedResource;

}

int main(int argc, char *argv[])

{

QCoreApplication a(argc, argv);

run();

return a.exec();

}

3.QReadWriteLock(读写锁)的例子:

#include <QCoreApplication>

#include <QReadWriteLock>

#include <QDebug>

#include <QThread>

#include <QMutexLocker>

#include <QRandomGenerator>

// 假设的共享资源

class SharedData {

public:

SharedData() : data(0) {}

void read() const {

// 读取操作,这里只是打印信息

qDebug() << "Thread" << QThread::currentThreadId() << "is reading the data:" << data;

}

void write(int newValue) {

// 写入操作,这里设置新值并打印信息

data = newValue;

qDebug() << "Thread" << QThread::currentThreadId() << "wrote the data:" << data;

}

int data;

};

// 全局的共享数据和读写锁

SharedData sharedData;

QReadWriteLock rwLock;

void readTask() {

// 使用 QReadLocker 自动管理读锁

QReadLocker locker(&rwLock);

sharedData.read();

}

void writeTask(int value) {

// 使用 QWriteLocker 自动管理写锁

QWriteLocker locker(&rwLock);

sharedData.write(value);

}

int main(int argc, char *argv[]) {

QCoreApplication a(argc, argv);

// 创建并启动读取线程

QThread readThread;

QObject::connect(&readThread, &QThread::started, readTask);

readThread.start();

// 等待读取线程开始

readThread.sleep(1); // 示例中简单等待,实际应用中可能需要更复杂的同步机制

// 在主线程中执行写入任务

writeTask(27);

// 等待读取线程完成

readThread.wait();

return a.exec();

}

4.QSemaphore(信号量)的例子:

#include <QCoreApplication>

#include <QSemaphore>

#include <QDebug>

#include <QThread>

int main(int argc, char *argv[])

{

QCoreApplication a(argc, argv);

QSemaphore semaphore(1); // 初始信号量计数为1

// 创建两个线程,模拟同时访问共享资源

QThread thread1, thread2;

QObject::connect(&thread1, &QThread::started, [&]() {

semaphore.acquire();

qDebug() << "Thread 1: Accessing shared resource...";

QThread::sleep(2); // 模拟资源访问

semaphore.release();

qDebug() << "Thread 1: Done!";

});

QObject::connect(&thread2, &QThread::started, [&]() {

semaphore.acquire();

qDebug() << "Thread 2: Accessing shared resource...";

QThread::sleep(2); // 模拟资源访问

semaphore.release();

qDebug() << "Thread 2: Done!";

});

thread1.start();

thread2.start();

thread1.wait();

thread2.wait();

return a.exec();

}

5.QWaitCondition(条件变量)的例子:

#include <QCoreApplication>

#include <QMutex>

#include <QWaitCondition>

#include <QDebug>

#include <QThread>

int main(int argc, char *argv[])

{

QCoreApplication a(argc, argv);

QMutex mutex;

QWaitCondition condition;

bool isReady = false;

// 等待线程

QThread waitThread;

QObject::connect(&waitThread, &QThread::started, [&]() {

QMutexLocker locker(&mutex);

qDebug() << "Waiting thread: Waiting for condition...";

condition.wait(&mutex);

qDebug() << "Waiting thread: Condition signaled!";

});

// 发送信号线程

QThread signalThread;

QObject::connect(&signalThread, &QThread::started, [&]() {

QThread::sleep(2);

QMutexLocker locker(&mutex);

isReady = true;

qDebug() << "Signaling thread: Condition is ready!";

condition.wakeOne();

});

waitThread.start();

signalThread.start();

waitThread.wait();

signalThread.wait();

return a.exec();

}

三.其他线程同步机制

1.QThread::wait()

QThread::wait() 是Qt提供的一个线程同步机制,可以用于等待一个线程完成执行。调用该函数会使当前线程阻塞,直到指定的线程完成执行为止。

以下是一个使用QThread::wait()的示例:

#include <QThread>

#include <QDebug>

class Thread : public QThread

{

public:

void run() override

{

qDebug() << "Thread started";

sleep(1);

qDebug() << "Thread finished";

}

};

int main(int argc, char *argv[])

{

Thread thread;

thread.start();

qDebug() << "Waiting for thread to finish...";

thread.wait();

qDebug() << "Thread finished, exiting...";

}

在这个示例中,我们创建了一个Thread线程,并调用start()函数启动它。然后,我们调用QThread::wait()函数等待该线程完成执行。该函数会使当前线程阻塞,直到指定的线程完成执行为止。

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