【QT5】＜重点＞ QT多线程

文章目录

前言

一、QThread创建多线程

二、QMutex基于互斥量的同步

三、QReadWriteLock线程同步

四、QWaitCondition线程同步

五、QSemaphore基于信号量的同步

前言

本篇记录学习QT多线程的知识，参考视频13.1QThread创建多线程程序_哔哩哔哩。若涉及版权问题，请联系作者删除！

一、QThread创建多线程

1. 使用步骤：

①创建的类需要继承QThread类。
②重写run函数，新建的线程会执行run函数。
③线程开启：对象调用start方法，使线程执行run函数。
④线程终止：
- 对象调用terminate方法，提示线程不再执行run函数。
- 对象调用wait方法，等待线程执行完毕。
⑤线程销毁：动态申请new需要调用deleteLater方法销毁线程对象。（该函数可以放置于run函数内，当run函数执行完毕后就会销毁该线程对象，防止内存泄漏）注意：尽量少用静态申请栈空间的方式创建线程对象，因为很可能该对象销毁时线程仍在执行，就会报错。

**2. 案例演示：**创建一个类继承QThread，在重写的run方法中根据是否暂停来随机生成骰子值。

【1】实现效果：

【2】dicethread.h:

cpp 复制代码

#ifndef DICETHREAD_H
#define DICETHREAD_H

#include <QThread>

class DiceThread : public QThread
{
    Q_OBJECT

public:
    DiceThread();
    ~DiceThread();

private:
    void run() override;

signals:
    void diceGenerate(int diceCount, int diceValue);

private slots:
    void stopDiceThread_slot();
    void startGenerate_slot();
    void pauseGenerate_slot();

private:
    int diceCount = 0;  //第几次生成骰子
    int diceValue = 1;  //骰子的值
    bool pauseFlag = true;  //暂停生成骰子
    bool stopFlag = true;   //线程结束标志
};

#endif // DICETHREAD_H

【3】dicethread.cpp:

cpp 复制代码

#include "dicethread.h"
#include <QRandomGenerator>

DiceThread::DiceThread()
{

}

DiceThread::~DiceThread()
{

}

/* 线程执行函数 */
void DiceThread::run()
{
    stopFlag = false;
    while (!stopFlag) {
        if (!pauseFlag) {
            diceValue = QRandomGenerator::global()->bounded(1, 7);
            emit diceGenerate(++diceCount, diceValue);
        }
        msleep(500);
    }
}

/* 接收到线程终止信号 */
void DiceThread::stopDiceThread_slot()
{
    stopFlag = true;
}

/* 接收到开始生成信号 */
void DiceThread::startGenerate_slot()
{
    pauseFlag = false;
}

/* 接收到停止生成信号 */
void DiceThread::pauseGenerate_slot()
{
    pauseFlag = true;
}

【4】widget.h:

cpp 复制代码

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H

#include <QWidget>
#include "dicethread.h"

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACE

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();

signals:
    void stopDiceThread();  //线程停止，DiceThread内部修改标志位
    void startGenerate();   //开始生成，DiceThread内部修改标志位
    void pauseGenerate();   //暂停生成，DiceThread内部修改标志位

private slots:
    void on_btnStartThread_clicked();
    void diceGenerate_slot(int, int);//接收DiceThread的骰子信息
    void on_btnStopThread_clicked();
    void on_btnDiceBegin_clicked();
    void on_btnDiceEnd_clicked();
    void on_btnClearText_clicked();

private:
    Ui::Widget *ui;
    DiceThread *dice = nullptr;
};
#endif // WIDGET_H

【5】widget.cpp:

cpp 复制代码

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
#include <QString>

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    //设置按钮互斥
    ui->btnStartThread->setEnabled(true);
    ui->btnStopThread->setEnabled(false);
    ui->btnDiceBegin->setEnabled(false);
    ui->btnDiceEnd->setEnabled(false);
}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}

/* 槽函数：接收diceGenerate信号*/
void Widget::diceGenerate_slot(int diceCount, int diceValue)
{
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("第" + QString::number(diceCount) + "次，生成点数为："
                                       + QString::number(diceValue));
}

/* "启动线程"按钮 */
void Widget::on_btnStartThread_clicked()
{
    //创建DiceThread对象
    dice = new DiceThread;
    connect(dice, SIGNAL(diceGenerate(int, int)), this, SLOT(diceGenerate_slot(int, int)));
    connect(this, SIGNAL(stopDiceThread()), dice, SLOT(stopDiceThread_slot()));
    connect(this, SIGNAL(startGenerate()), dice, SLOT(startGenerate_slot()));
    connect(this, SIGNAL(pauseGenerate()), dice, SLOT(pauseGenerate_slot()));
    //启动线程
    dice->start();
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("线程已启动");
    //设置按钮互斥
    ui->btnStartThread->setEnabled(false);
    ui->btnStopThread->setEnabled(true);
    ui->btnDiceBegin->setEnabled(true);
    ui->btnDiceEnd->setEnabled(false);
}

/* "停止线程"按钮 */
void Widget::on_btnStopThread_clicked()
{
    dice->terminate();
    dice->wait();
    dice->deleteLater();
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("线程已停止");
    emit stopDiceThread();
    //设置按钮互斥
    ui->btnStartThread->setEnabled(true);
    ui->btnStopThread->setEnabled(false);
    ui->btnDiceBegin->setEnabled(false);
    ui->btnDiceEnd->setEnabled(false);
}

/* "开始"按钮 */
void Widget::on_btnDiceBegin_clicked()
{
    emit startGenerate();
    ui->btnDiceBegin->setEnabled(false);
    ui->btnDiceEnd->setEnabled(true);
}

/* "暂停"按钮 */
void Widget::on_btnDiceEnd_clicked()
{
    emit pauseGenerate();
    ui->btnDiceBegin->setEnabled(true);
    ui->btnDiceEnd->setEnabled(false);
}

/* "清空"按钮 */
void Widget::on_btnClearText_clicked()
{
    ui->plainTextEdit->clear();
}

二、QMutex基于互斥量的同步

**1. 背景：**当多个线程同时访问一块内存区域时，就会出现错误，因此需要线程同步。

**2. QMutex：**在互斥量之前上锁，然后在一个线程使用完互斥量之后解锁。如果一个线程试图向一个已经被其它线程上锁的互斥量上锁的话，这个线程将被阻塞，直到这个互斥量被解锁。

3. 基本使用：

lock()：上锁
unlock()：解锁
tryLock()：尝试上锁，若成功则上锁，不成功则返回false

4. 案例演示：

创建两个线程来同时访问value，通过查看相关调试信息来获取是哪个线程修改了value的值。我们是想让两个线程交叉着访问value。

【1】不加锁的代码：

cpp 复制代码

#ifndef MYTHREAD_H
#define MYTHREAD_H

#include <QThread>

class MyThread : public QThread
{
    Q_OBJECT

public:
    MyThread();
    void run() override;
    void setNum(int *num);

private:
    int *num;
};

#endif // MYTHREAD_H

cpp 复制代码

#include "mythread.h"

MyThread::MyThread()
{

}

void MyThread::run()
{
    while (*num > 0) {
        (*num)--;
        qDebug("线程号: %d, value = %d", QThread::currentThreadId(), *num);
    }
}

void MyThread::setNum(int *num)
{
    this->num = num;
}

cpp 复制代码

#include "widget.h"
#include <QApplication>
#include "mythread.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int value = 20;
    MyThread thread1, thread2, thread3;
    thread1.setNum(&value);
    thread2.setNum(&value);
    thread3.setNum(&value);
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread3.start();
    while (1) {}
    return 0;
}

从运行结果中，我们能够看出value递减打印出现问题，这不是我们想要的。

【2】使用QMutex后：就不会出现上述的问题。

三、QReadWriteLock线程同步

**1. 说明：**使用互斥量时存在一个问题，每次只能有一个线程获得互斥量的权限。如果多个线程读取某个变量，就会出现排队现象。而实际上，有需求让多个线程同时读取。因此，引入QReadWriteLock实现线程同步。

2. 主要函数：

lockForRead()：只读方式锁定资源，如果有其他线程以写入方式锁定，这个函数会阻塞。
lockForWrite()：以写入方式锁定资源，如果其他线程以读或写模式锁定资源，则函数堵塞。
unlock()：解锁。
tryLockForRead()：是lockForRead的非阻塞版本。
tryLockForWrite()：是lockForWrite的非阻塞版本。

四、QWaitCondition线程同步

**1. 说明：**在著名的"生产者-消费者"模型中，生产者负责制作蛋糕，消费者负责拿走蛋糕。此时，生产者制作蛋糕完成后应该通知消费者，因此引入QWaiteCondition实现线程同步，需要搭配QMutex锁。

2. 常用函数：

**wait(QMutex *lockedMutex)：**进入等待状态，解锁互斥量lockedMutex，被唤醒后锁定lockedMutex并退出函数。
**wakeAll()：**唤醒所有处于等待状态的线程，唤醒顺序不确定。
**wakeOne()：**唤醒一个处于等待状态的线程，唤醒哪个不确定。

五、QSemaphore基于信号量的同步

**1. 说明：**信号量和互斥量的区别在于，信号量可以被多个线程同时访问，而互斥量只能被一个线程访问。同时，在"生产者-消费者"模型中，可能会有多个生产者生产蛋糕，生产者最多可以容纳10个蛋糕，然后消费者在蛋糕生产出来后就可以拿走。因此，引入QSemaphore实现基于信号量的线程同步。

2. 注意：

QSemaphore 类中的信号量实际上是一个计数器，它用于记录能够同时访问某个共享资源的线程数。

3. 常用函数：

**acquire(int n)：**尝试获得n个资源，如果不够将堵塞线程，直到n个资源可用。调用后，信号量计数器-1.
**release(int n)：**释放资源，如果资源已经全部可用，则可扩充资源总数。调用后，信号量计数器+1.
**int available()：**返回当前信号量的资源个数。
**bool tryAcquire(int n=1)：**尝试获取n个资源，不成功时，不阻塞线程。