QT中的多线程

Qt中的多线程和Linux中的线程本质是相同的,Qt中针对系统提供的线程API进行了重新封装

QThread类

Qt中的多线程一般通过QThread类实现,要想创建线程就要创建这个类的实例

QThread代表一个在应用程序中可以独立控制的线程,也可以和进程中的其它线程共享数据

QThread对象管理程序中的一个控制线程

常用方法

|---------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 方法 | 说明 |
| run() | 线程的入口函数 |
| start() | 通过调用run()开始执行线程。操作系统将根据优先级参数调度线程。如果线程已经在运行,这个函数什么也不做 |
| currentThread() | 返回一个指向管理当前执行线程的QThread的指针 |
| sleep()/msleep()/usleep() | 使线程休眠,单位为秒/毫秒/微秒 |
| wait() | 阻塞线程,直到满足以下任何一个条件: 与此QThread对象关联的线程已经完成执行(即当它从run()返回时)。 如果线程已经完成,这个函数将返回true。如果线程尚未启动,它也返回true。 如果时间是ULONG_MAX(默认值),那么等待永远不会超时(线程必须从run()返回)。 如果等待超时,此函数返回false |
| terminate() | 终止线程的执行。线程可以立即终止,也可以不立即终止,这取决于操作系统的调度策略。在terminate()之后使用 QThread::wait()来确保。 |
| finished() | 当线程结束时会发出该信号,可以通过该信号来实现线程的清理工作 |

使用方法,通过实例化QThread类,对重写其中的run函数,起到指定入口函数的方式---多态,通过start----调用系统api创建线程,新建线程自动执行run函数

例:

创建一个继承自Widget的文件

创建一个线程,在线程中实现每循环sleep,每循环一个就更新界面,实现计时器

在ui界面创建一个LCDNumber,将初始值设为10

新建一个C++类的文件,继承自QThread

进行run函数的声明与重写

但是在run中无法直接修改界面,因为只有主线程能进行界面的修改,来解决线程安全问题

所以可以在时间达到后,通过信号槽机制来通知主线程进行界面更新

在thread.h进行自定义信号的声明

在run函数中实现每隔1s发送一次信号

在widget---主线程中创建线程对象,widget.h中将线程对象作为成员变量,需包含自定义线程的头文件

在widget.h中声明槽函数

在widget构造函数连接信号槽,启动线程对象

实现槽函数,进行界面更新

实现通过线程发送信号给主线程,主线程接收到信号后调用槽函数进行界面更新

Qt实现的是客户端,多线程主要是用于执行一些耗时的等待IO操作,避免主线程被卡死,减少用户等待时间

线程安全问题---多线程并发访问同一资源

通过加锁来保护公共资源,将并发执行变成串行执行

Qt中的锁:QMutex

例:

使用两个线程循环对一个变量进行增加

创建继承自widget的文件,再创建一个继承自QThread类的c++文件

在thread.h声明公共资源,在thread.cpp进行初始化

声明和重写thread的run函数

在widget构造函数创建thread对象

此时是在两线程并发执行下打印结果,如果是正常执行的话,两个线程都进行50000次++,结果为100000

但是运行后,结果为

均小于100000,并且每次执行的结果都不相同

因为存在并发访问,如第一个线程刚读取到num,还未进行加加操作,此时第二个线程刚刚完成了++操作,并将结果写入内存,但是第一个线程执行完毕后,将num也写入内存,此时两次加加操作就仅有执行一次的效果

通过锁来避免并发访问

如:

在thread.h中声明锁,作为成员变量,在thread.cpp文件进行锁的定义

如果使用的不是同一个锁,线程之间就不会发生互斥

对访问公共资源的临界区进行加锁:

再次运行后,结果始终为100000

但是容易出现锁忘记释放---unlock操作

若在释放锁之前进行了return操作,或者抛异常也会导致锁未释放

可以通过智能指针来解决锁的释放问题

QMutexLocker

通过接收锁的指针,利用RAII机制,在出作用域后,自动释放锁

如:

Qt还提供其它类型的锁用于进行读写操作

如:

|----------------|------------------------|
| 锁 | 说明 |
| QReadWriteLock | 读写锁类,用于控制读和写的并发访问 |
| QReadLocker | 用于读操作上锁,允许多个线程同时读取共享资源 |
| QWriteLock | 用于写操作上锁,只允许一个线程写入共享资源 |

意义:

是多个线程可以同时读取共享数据,但是只允许一个线程进行写操作。读写锁使读操作并发增多,提高并发性。

条件变量---QWaitCondition

多个线程之间的调度是无序的,通过条件变量实现在满足条件的情况下唤醒线程,在不满足条件的情况下使线程休眠

使用条件变量需要先加锁

提供方法有

|---------------------------------------------|-------------------|
| 方法 | 说明 |
| wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock) | 当前线程进入等待状态,并自动释放锁 |
| wait(lock, Predicate pred) | 带条件的等待,避免虚假唤醒 |
| notify_one() | 唤醒一个等待的线程 |
| notify_all() | 唤醒所有等待的线程 |

调用流程

QMutex mutex;

QWaitCondition condition;

//申请锁

mutex.lock();

//检查条件是否满足

while(!conditionFullfilled())

{ //条件不成立就等待,使用while循环进行判断,使线程被唤 //醒后再次判断条件是否成立

condition.wait();

}

//条件满足后继续执行

//执行完毕后释放锁

mutex.unlock();

信号量

QSemaphore是Qt框架提供的计数信号量类,用于控制同时访问共享资源的线程数量

如:

QSemaphore semaphore(2); //同时允许两个线程访问共享资源

//在线程中

semaphore.acquire(); //尝试获取信号量,若已满则阻塞

//访问共享资源完毕后进行信号量释放

semaphore.release();

若将信号量设为1就类似与锁了,但是没有读写权限的概念

如果信号量大于1,而又需要避免并发实现串行,就需要在使用信号量后额外加锁

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