七、Qt框架编写的多线程应用程序

一、大纲

学习内容：使用两个线程，分别点击两个按钮，触发两个不同的效果

所需控件：两个button、三个label

涉及知识点：多线程、Qt的connect机制、定时器、互斥锁

需求：

1，多线程定时计数：创建两个独立的线程，每个线程中运行一个定时器，定时器分别以不同的时间间隔触发，每次触发时更新界面上的标签，显示该线程定时器的调用次数。

2，按钮点击计数：界面上有两个按钮，每个按钮被点击时，更新相应的标签，显示该按钮的点击次数。

在工作中涉及到采用多线程读取PLC同一块内存，将核心思路进行了总结，并抽离了一下，用比较简单的demo进行演示，故此作为笔记，后续有利于复习

二、应用场景

1，工业自动化领域

通过多线程读取PLC的同一个DB块的内存数据

2，游戏开发领域

多线程定时计数功能可以实现游戏中的倒计时功能，比如限时任务的剩余时间、技能冷却时间等。

3，智能家居领域

多线程定时计数功能可以定时收集设备的能耗数据，通过统计一段时间内的能耗变化，分析设备的使用习惯和能耗规律。

三、创建Qt项目

目录结构

四、UI布局

在wdiget里面有俩button和三个label

五、代码

1，main.cpp

#include "qt_thread.h"
#include <QtWidgets/QApplication>
#include <QTextCodec>


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

    beyondyanyu_study_qt_thread::QtThread w;
    w.show();
    return a.exec();
}

2，qt_thread.h

#pragma once

#include <QtWidgets/QMainWindow>
#include <QMutex>
#include "ui_QtThread.h"

namespace beyondyanyu_study_qt_thread {
    class QtThread : public QMainWindow
    {
        Q_OBJECT

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

    private slots:
        void PushButton1_clicked();
        void PushButton2_clicked();
       
    private:
        Ui::QtThreadClass ui;

        QThread* thread_1_;
        QThread* thread_2_;

        QTimer* timer_label_1_;
        QTimer* timer_label_2_;

        int counter_1_{0};
        int counter_2_{0};
        int counter_3_{0};
        int counter_4_{0};

        QMutex mutex_{ QMutex::Recursive };

    };
};// namespace beyondyanyu_study_qt_thread

成员变量

Ui::QtThreadClass ui;：这是用于存储 UI 界面元素的对象，一般由 Qt 的 UI 设计器生成。借助 ui 能访问并操作界面上的各类控件，例如按钮、标签等。
QThread* thread_1_; 和 QThread* thread_2_;：这两个指针分别指向两个不同的 QThread 对象，用来创建和管理两个独立的线程。每个线程都可并行执行任务，互不干扰。
QTimer* timer_label_1_; 和 QTimer* timer_label_2_;：这两个指针分别指向两个 QTimer 对象，用于定时触发特定操作。timer_label_1_ 和timer_label_2_能以不同的时间间隔触发超时信号。
int counter_1_{0};、int counter_2_{0};、int counter_3_{0}; 和 int counter_4_{0};：这些整型变量作为计数器使用。counter_1_ 和 counter_2_ 分别记录 timer_label_1_ 和 timer_label_2_ 定时器的超时次数；counter_3_ 和 counter_4_ 分别记录 ui.pushButton 和 ui.pushButton_2 按钮的点击次数。
QMutex mutex_{ QMutex::Recursive };：这是一个递归互斥锁对象，用于保证多线程环境下对共享资源（如 counter_1_ 和 counter_2_）的安全访问，防止数据竞争问题。

成员函数

QtThread(QWidget* parent = nullptr);：这是 QtThread 类的构造函数，用于初始化 QtThread 对象。在构造函数里会进行界面的初始化、线程的启动、定时器的设置以及信号与槽的连接等操作。
~QtThread();：这是 QtThread 类的析构函数，负责在对象销毁时释放相关资源，不过当前代码里该析构函数为空。
void PushButton1_clicked(); 和 void PushButton2_clicked();：这两个函数属于槽函数，会在 ui.pushButton 和 ui.pushButton_2 按钮被点击时分别触发，用于更新相应的计数器并修改界面上的标签显示。

3，qt_thread.cpp

#include "qt_thread.h"
#include <QThread>
#include <QTimer>



namespace beyondyanyu_study_qt_thread {
    QtThread::QtThread(QWidget* parent)
        : QMainWindow(parent)
    {
        ui.setupUi(this);

        //按钮一
        //开启线程
        thread_1_ = new QThread();
        thread_1_->start();

        //开启一个定时器
        timer_label_1_ = new QTimer(this);
        timer_label_1_->setInterval(1000);
        timer_label_1_->start();

        //将改定时器移动到线程中
        timer_label_1_->moveToThread(thread_1_);

        connect(timer_label_1_, &QTimer::timeout, timer_label_1_, [this] 
        {
             QMutexLocker locker(&mutex_);
             counter_1_++;
             ui.label_3->setText(QStringLiteral("线程1调用次数：") + QString::number(counter_1_));
        });



        //按钮二
        //开启线程
        thread_2_ = new QThread();
        thread_2_->start();

        //开启一个定时器
        timer_label_2_ = new QTimer(this);
        timer_label_2_->setInterval(900);
        timer_label_2_->start();

        //将改定时器移动到线程中
        timer_label_2_->moveToThread(thread_2_);

        connect(timer_label_2_, &QTimer::timeout, timer_label_2_, [this]
        {
            QMutexLocker locker(&mutex_);
            counter_2_++;
            ui.label_3->setText(QStringLiteral("线程2调用次数：") + QString::number(counter_2_));
        });

        connect(ui.pushButton, &QPushButton::clicked, this, &QtThread::PushButton1_clicked);
        connect(ui.pushButton_2, &QPushButton::clicked, this, &QtThread::PushButton2_clicked);

    }

    void QtThread::PushButton1_clicked()
    {

        counter_3_++;
        ui.label->setText(QStringLiteral("按钮1触发次数：") + QString::number(counter_3_));
    
    }
    void QtThread::PushButton2_clicked()
    {
        counter_4_++;
        ui.label_2->setText(QStringLiteral("按钮2触发次数：") + QString::number(counter_4_));
    }

    QtThread::~QtThread()
    {
        // 停止线程
        thread_1_->quit();
        thread_1_->wait();
        delete thread_1_;

        thread_2_->quit();
        thread_2_->wait();
        delete thread_2_;

        // 删除定时器
        delete timer_label_1_;
        delete timer_label_2_;
    }
} // namespace beyondyanyu_study_qt_thread;

构造函数 QtThread::QtThread(QWidget* parent)

ui.setupUi(this);：初始化 UI 界面，把 UI 设计器设计的界面元素加载到 QtThread 窗口中。

按钮一相关操作：
thread_1_ = new QThread(); 和 thread_1_->start();：创建并启动一个新线程 thread_1_。
timer_label_1_ = new QTimer(this);、timer_label_1_->setInterval(1000); 和 timer_label_1_->start();：创建一个定时器 timer_label_1_，设置其时间间隔为 1000 毫秒（即 1 秒），然后启动该定时器。
timer_label_1_->moveToThread(thread_1_);：将 timer_label_1_ 定时器移动到 thread_1_ 线程中运行。
connect(timer_label_1_, &QTimer::timeout, timer_label_1_, [this] {... });：把 timer_label_1_ 的 timeout 信号连接到一个 Lambda 表达式。当定时器超时时，会执行 Lambda 表达式中的代码，使用互斥锁保护 counter_1_ 计数器的更新操作，并更新界面上 ui.label_3 标签的显示内容。

按钮二相关操作：操作与按钮一类似，不同之处在于 timer_label_2_ 的时间间隔设置为 900 毫秒。
connect(ui.pushButton, &QPushButton::clicked, this, &QtThread::PushButton1_clicked); 和 connect(ui.pushButton_2, &QPushButton::clicked, this, &QtThread::PushButton2_clicked);：将 ui.pushButton 和 ui.pushButton_2 按钮的 clicked 信号分别连接到 PushButton1_clicked() 和 PushButton2_clicked() 槽函数。

槽函数 void QtThread::PushButton1_clicked() 和 void QtThread::PushButton2_clicked()

PushButton1_clicked()：当 ui.pushButton 按钮被点击时，counter_3_ 计数器加 1，同时更新界面上 ui.label 标签的显示内容，显示按钮 1 的点击次数。
PushButton2_clicked()：当 ui.pushButton_2 按钮被点击时，counter_4_ 计数器加 1，同时更新界面上 ui.label_2 标签的显示内容，显示按钮 2 的点击次数。

析构函数 QtThread::~QtThread()

当前析构函数为空，在实际应用中，需要释放 thread_1_、thread_2_、timer_label_1_ 和 timer_label_2_ 等动态分配的资源，避免内存泄漏。

四、效果演示