在 Qt 中进行多线程编程有多种方式,每种方式都有其独特的特点和适用场景。
1. 重写 QThread
的 run
方法
特点:
- 必须继承
QThread
类,并重写run
方法。 - 线程启动时会自动调用
run
方法中的代码。 - 适用于需要自定义复杂线程逻辑的情况。
使用场景: 适合需要自定义线程行为、复杂的连续性操作,如图像处理、复杂计算。
示例:图像处理线程
cpp
#include <QThread>
#include <QDebug>
class ImageProcessingThread : public QThread {
Q_OBJECT
protected:
void run() override {
// 假设进行一些复杂的图像处理操作
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
qDebug() << "Processing image:" << i;
QThread::sleep(1);
}
}
};
int main(int argc, char *argv[]) {
QCoreApplication app(argc, argv);
ImageProcessingThread thread;
thread.start();
thread.wait(); // 等待线程完成
return app.exec();
}
2. 使用 moveToThread
方法
特点:
- 常与
QObject
类的子类一起使用。 - 适用于需要在另一个线程中执行槽函数或处理事件的对象。
使用场景: 适用于需要将对象的槽函数或事件处理放到另一个线程中执行,如网络请求处理、定时任务。
示例:网络请求处理
cpp
#include <QCoreApplication>
#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
#include <QThread>
#include <QDebug>
// 客户端处理类
class ClientHandler : public QObject {
Q_OBJECT
public:
// 构造函数,传入 socket 描述符
ClientHandler(qintptr socketDescriptor, QObject *parent = nullptr)
: QObject(parent), socketDescriptor(socketDescriptor) {}
public slots:
// 处理客户端请求
void handleClient() {
QTcpSocket socket;
if (!socket.setSocketDescriptor(socketDescriptor)) {
qDebug() << "设置 socket 描述符失败";
return;
}
qDebug() << "客户端已连接: " << socketDescriptor;
socket.write("来自服务器的问候\n");
socket.waitForBytesWritten();
while (socket.waitForReadyRead()) {
QByteArray data = socket.readAll();
qDebug() << "收到客户端消息:" << data;
socket.write("回显: " + data);
socket.waitForBytesWritten();
}
qDebug() << "客户端已断开: " << socketDescriptor;
socket.disconnectFromHost();
}
private:
qintptr socketDescriptor; // 保存客户端 socket 描述符
};
// 自定义 TCP 服务器类
class MyTcpServer : public QTcpServer {
Q_OBJECT
protected:
// 重写 incomingConnection 函数来处理新的连接
void incomingConnection(qintptr socketDescriptor) override {
QThread *thread = new QThread; // 为每个连接创建一个新线程
ClientHandler *handler = new ClientHandler(socketDescriptor);
handler.moveToThread(thread);
connect(thread, &QThread::started, handler, &ClientHandler::handleClient);
connect(handler, &ClientHandler::destroyed, thread, &QThread::quit);
connect(thread, &QThread::finished, thread, &QThread::deleteLater);
thread.start();
}
};
int main(int argc, char *argv[]) {
QCoreApplication app(argc, argv);
MyTcpServer server;
if (!server.listen(QHostAddress::Any, 12345)) {
qDebug() << "服务器启动失败:" << server.errorString();
return 1;
}
qDebug() << "服务器已启动,端口:" << server.serverPort();
return app.exec();
}
#include "main.moc"
客户端代码(Client)
cpp
#include <QCoreApplication>
#include <QTcpSocket>
#include <QDebug>
int main(int argc, char *argv[]) {
QCoreApplication app(argc, argv);
QTcpSocket socket;
socket.connectToHost("127.0.0.1", 12345);
if (!socket.waitForConnected(3000)) {
qDebug() << "连接服务器失败:" << socket.errorString();
return 1;
}
qDebug() << "已连接到服务器";
socket.write("来自客户端的问候\n");
socket.waitForBytesWritten();
if (socket.waitForReadyRead(3000)) {
QByteArray data = socket.readAll();
qDebug() << "收到服务器消息:" << data;
}
socket.disconnectFromHost();
return app.exec();
}
3. 使用 QtConcurrent
特点:
- 不需要显式创建和管理线程。
- 适合用于并行处理大批量数据或多任务处理。
使用场景: 适用于并行处理容器数据、并行函数执行,如批量数据处理、并行计算。
示例:并行处理数据
我们将定义一个简单的函数 processItem
来处理每个元素。然后使用 QtConcurrent::map
并行处理 QList
容器中的每个元素。
cpp
#include <QCoreApplication>
#include <QtConcurrent/QtConcurrent>
#include <QDebug>
#include <QList>
#include <QFuture>
#include <QFutureWatcher>
// 定义处理每个元素的函数
void processItem(int &item) {
item *= 2; // 示例操作:将每个元素乘以2
QThread::sleep(1); // 模拟耗时操作
qDebug() << "处理项目:" << item << " 线程:" << QThread::currentThread();
}
int main(int argc, char *argv[]) {
QCoreApplication app(argc, argv);
// 创建一个包含初始数据的列表
QList<int> list = {1, 2, 3, 4, 5};
// 使用 QtConcurrent::map 并行处理列表中的每个元素
QFuture<void> future = QtConcurrent::map(list, processItem);
// QFutureWatcher 用于监视 QFuture 的完成状态
QFutureWatcher<void> watcher;
QObject::connect(&watcher, &QFutureWatcher<void>::finished, [](){
qDebug() << "所有项目已处理完毕";
QCoreApplication::quit();
});
watcher.setFuture(future); // 将 QFutureWatcher 绑定到 QFuture
return app.exec();
}
4. 使用 QThreadPool
和 QRunnable
特点:
- 提供线程池管理,适合重复使用的任务管理。
- 提供了任务队列,自动管理线程的创建和销毁。
使用场景: 适用于任务队列、多任务执行,如后台任务处理、批量任务执行。
示例:后台任务处理
cpp
#include <QCoreApplication>
#include <QRunnable>
#include <QThreadPool>
#include <QDebug>
// 定义一个简单的任务类,继承自 QRunnable
class MyTask : public QRunnable {
public:
void run() override {
qDebug() << "任务执行在线程:" << QThread::currentThread();
// 示例任务操作,这里可以是任何需要在后台执行的任务
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
qDebug() << "任务" << taskId << "执行步骤" << i;
QThread::sleep(1); // 模拟耗时操作
}
}
void setTaskId(int id) {
taskId = id;
}
private:
int taskId;
};
int main(int argc, char *argv[]) {
QCoreApplication app(argc, argv);
QThreadPool threadPool;
threadPool.setMaxThreadCount(5); // 设置线程池中最大线程数
// 创建并提交多个任务到线程池
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
MyTask *task = new MyTask();
task->setTaskId(i + 1); // 设置任务ID,用于区分任务
threadPool.start(task); // 启动任务,线程池会自动分配线程执行任务
}
// 等待所有任务完成
threadPool.waitForDone();
qDebug() << "所有任务已完成";
return app.exec();
}
例如处理文件、网络请求等复杂任务。
cpp
#include <QCoreApplication>
#include <QRunnable>
#include <QThreadPool>
#include <QDebug>
#include <QFile>
#include <QTcpSocket>
// 定义一个处理文件的任务
class FileTask : public QRunnable {
public:
FileTask(const QString &fileName) : m_fileName(fileName) {}
void run() override {
qDebug() << "处理文件任务:" << m_fileName << "在线程:" << QThread::currentThread();
QFile file(m_fileName);
if (file.open(QIODevice::ReadOnly)) {
qDebug() << "文件内容:" << file.readAll();
file.close();
} else {
qDebug() << "无法打开文件:" << m_fileName;
}
}
private:
QString m_fileName;
};
// 定义一个处理网络请求的任务
class NetworkTask : public QRunnable {
public:
NetworkTask(const QString &hostName, quint16 port) : m_hostName(hostName), m_port(port) {}
void run() override {
qDebug() << "处理网络请求任务:" << m_hostName << ":" << m_port << "在线程:" << QThread::currentThread();
QTcpSocket socket;
socket.connectToHost(m_hostName, m_port);
if (socket.waitForConnected()) {
socket.write("GET / HTTP/1.0\r\n\r\n");
if (socket.waitForReadyRead()) {
qDebug() << "服务器响应:" << socket.readAll();
}
socket.disconnectFromHost();
} else {
qDebug() << "无法连接到服务器:" << m_hostName << ":" << m_port;
}
}
private:
QString m_hostName;
quint16 m_port;
};
int main(int argc, char *argv[]) {
QCoreApplication app(argc, argv);
QThreadPool threadPool;
threadPool.setMaxThreadCount(3); // 设置线程池中最大线程数
// 创建并提交文件处理任务
FileTask *fileTask = new FileTask("example.txt");
threadPool.start(fileTask);
// 创建并提交多个网络请求任务
NetworkTask *task1 = new NetworkTask("www.example.com", 80);
NetworkTask *task2 = new NetworkTask("api.example.com", 443);
threadPool.start(task1);
threadPool.start(task2);
// 等待所有任务完成
threadPool.waitForDone();
qDebug() << "所有任务已完成";
return app.exec();
}
- 这个扩展示例展示了如何创建并提交不同类型的任务到线程池中,并且每个任务在后台线程中独立运行。
FileTask
处理文件任务,读取并输出文件内容。NetworkTask
处理网络请求任务,连接到指定主机和端口,并输出服务器响应。
5. 使用信号和槽进行多线程操作
特点:
- 简化线程间的通信。
- 自动处理线程间的数据传输。
使用场景: 适用于跨线程通信、线程间数据交换,如定时任务、多线程数据更新。
示例:多线程数据更新
cpp
#include <QCoreApplication>
#include <QObject>
#include <QTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread>
// 定义一个 Worker 类,负责执行定时任务并发送数据更新信号
class Worker : public QObject {
Q_OBJECT
public:
Worker() {
timer.setInterval(1000); // 设置定时器间隔为 1 秒
connect(&timer, &QTimer::timeout, this, &Worker::doWork); // 定时器超时信号连接到槽函数
timer.start(); // 启动定时器
}
signals:
// 定义一个信号,用于发送数据更新信号
void dataUpdated(const QString &data);
private slots:
// 槽函数,模拟定时任务执行
void doWork() {
// 模拟生成数据
QString newData = QString("数据更新时间:%1").arg(QDateTime::currentDateTime().toString());
qDebug() << "Worker 发送数据更新信号:" << newData;
// 发送数据更新信号到主线程
emit dataUpdated(newData);
}
private:
QTimer timer; // 定时器对象
};
// 定义一个 Controller 类,作为主线程的控制器,处理数据更新信号
class Controller : public QObject {
Q_OBJECT
public:
Controller() {
// 连接 Worker 的数据更新信号到处理函数
connect(&worker, &Worker::dataUpdated, this, &Controller::handleDataUpdated);
}
public slots:
// 槽函数,处理数据更新信号
void handleDataUpdated(const QString &data) {
qDebug() << "Controller 接收到数据更新:" << data << " 在线程:" << QThread::currentThread();
// 在这里进行主线程的数据更新操作,例如更新 UI
emit updateUI(data); // 发送信号到主线程更新 UI
}
signals:
// 定义一个信号,用于更新主线程的 UI
void updateUI(const QString &data);
private:
Worker worker; // Worker 对象,负责定时任务和数据生成
};
// 定义一个 UI 类,负责接收 Controller 发送的更新信号并更新 UI
class UI : public QObject {
Q_OBJECT
public:
UI() {
// 连接 Controller 的更新 UI 信号到处理函数
connect(&controller, &Controller::updateUI, this, &UI::updateUI);
}
public slots:
// 槽函数,更新 UI
void updateUI(const QString &data) {
qDebug() << "UI 更新数据:" << data << " 在线程:" << QThread::currentThread();
// 在这里进行实际的 UI 更新操作,例如在界面上显示数据
}
private:
Controller controller; // Controller 对象,负责数据处理和信号传递
};
int main(int argc, char *argv[]) {
QCoreApplication app(argc, argv);
UI ui; // 创建 UI 对象,负责接收和显示数据
return app.exec();
}
#include "main.moc"
代码解释:
Worker
类:负责定时任务的执行。在构造函数中设置定时器timer
的间隔为 1 秒,并将定时器的timeout
信号连接到doWork
槽函数。每次定时器超时时,会生成一个带有当前时间的数据,并发送dataUpdated
信号到主线程。Controller
类:作为主线程的控制器,连接Worker
的dataUpdated
信号到handleDataUpdated
槽函数。当接收到dataUpdated
信号时,会在槽函数中处理数据更新操作,并通过updateUI
信号发送到主线程。UI
类:负责接收Controller
发送的updateUI
信号,并在updateUI
槽函数中实现实际的 UI 更新操作。在这个示例中,简单地打印接收到的数据和线程信息。