Qt 多线程详解 - 两种线程使用方式
Qt提供QThread类以进行多任务处理。与多任务处理一样，Qt提供的线程可以做到单个线程做不到的事情。例如，网络应用程序中，可以使用线程处理多种连接器。
QThread继承自QObject类，且提供QMutex类以实现同步。线程和进程共享全局变量，可以使用互斥体对改变后的全局变量值实现同步。因此，必须编辑全局数据时，使用互斥体实现同步，其它进程则不能改变或浏览全局变量值。
什么是互斥体？
互斥体实现了“互相排斥”（mutual exclusion）同步的简单形式（所以名为互斥体（mutex））。互斥体禁止多个线程同时进入受保护的代码“临界区”（critical section）。
在任意时刻，只有一个线程被允许进入代码保护区。任何线程在进入临界区之前，必须获取（acquire）与此区域相关联的互斥体的所有权。如果已有另一线程拥有了临界区的互斥体，其他线程就不能再进入其中。这些线程必须等待，直到当前的属主线程释放（release）该互斥体。
什么时候需要使用互斥体呢？
互斥体用于保护共享的易变代码，也就是，全局或静态数据。这样的数据必须通过互斥体进行保护，以防止它们在多个线程同时访问时损坏。
Qt线程基础
QThread的创建和启动
class MyThread : public QThread
{
Q_OBJECT
protected:
void run();
};
void MyThread :: run(){
...
}如上述代码所示，如果要创建线程，则必须继承QThread类。MyThread使用成员函数run()才会实现线程。
Qt提供的线程类
| 线程类 | 说明 |
|---|---|
| QAtomicInt | 提供了Integer上与平台无关的Qtomic运算 |
| QAtomicPointer | 提供了指针上Atomic运算的模板函数 |
| QFuture | 显示异步运算结果的类 |
| QFutureSynchronizer | QFuture类简化同步而提供的类 |
| QFutureWatcher | 使用信号和槽，允许QFuture监听 |
| QMutex | 访问类之间的同步 |
| QMutecLocker | 简化Lock和Unlock Mutex的类 |
| QReadWriteLock | 控制读写操作的类 |
| QReadLocker | 为了读访问而提供的 |
| QWriteLocker | 为了写访问而提供的 |
| QRunnable | 正在运行的所有对象的父类，且定义了虚函数run() |
| QSemaphore | 一般的Count互斥体类 |
| QThread | 提供与平台无关的线程功能的类 |
| QThreadPool | 管理线程的类 |
| QThreadStorage | 提供每个线程存储区域的类 |
| QWaitCondition | 确认线程间同步的类的状态值 |
同步QThread的类
为了同步线程，Qt提供了QMutex、QReadWriteLock、QSemaphore和QWaitCondition类。主线程等待与其他线程的中断时，必须进行同步。例如：两个线程同时访问共享变量，那么可能得不到预想的结果。因此，两个线程访问共享变量时，必须进行同步。
- 一个线程访问指定的共享变量时，为了禁止其他线程访问，QMutex提供了类似锁定装置的功能。互斥体激活状态下，线程不能同时访问共享变量，必须在先访问的线程完成访问后，其他线程才可以继续访问。
- 一个线程访问互斥体锁定的共享变量期间，如果其他线程也访问此共享变量，那么该线程将会一直处于休眠状态，直到正在访问的线程结束访问。这称为线程安全。
- QReadWriteLock和QMutex的功能相同，区别在于，QReadWriteLock对数据的访问分为读访问和写访问。很多线程频繁访问共享变量时，与QMetex相对，使用QReadWriteLock更合适。
- QSemaphore拥有和QMutex一样的同步功能，可以管理多个按数字识别的资源。QMutex只能管理一个资源，但如果使用QSemaphore，则可以管理多个按号码识别的资源。
- 条件符合时，QWaitCondition允许唤醒线程。例如，多个线程中某个线程被阻塞时，通过QWaitCondition提供的函数wakeOne()和wakeAll()可以唤醒该线程。
可重入性与线程安全
- 可重入性：两个以上线程并行访问时，即使不按照调用顺序重叠运行代码，也必须保证结果；
- 线程安全：线程并行运行的情况下，虽然保证可以使程序正常运行，但访问静态空间或共享（堆等内存对象）对象时，要使用互斥体等机制保证结果。
一个线程安全的函数不一定是可重入的；一个可重入的函数缺也不一定是线程安全的！
可重入函数主要用于多任务环境中，一个可重入的函数简单来说就是可以被中断的函数，也就是说，可以在这个函数执行的任何时刻中断它，转入OS调度下去执行另外一段代码，而返回控制时不会出现什么错误；而不可重入的函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量区，中断向量表等，所以它如果被中断的话，可能会出现问题，这类函数是不能运行在多任务环境下的。
编写可重入函数时，若使用全局变量，则应通过关中断、信号量（即P、V操作）等手段对其加以保护。若对所使用的全局变量不加以保护，则此函数就不具有可重入性，即当多个线程调用此函数时，很有可能使有关全局变量变为不可知状态。
满足下列条件的函数多数是不可重入的：
- 函数体内使用了静态的数据结构和全局变量，若必须访问全局变量，利用互斥信号量来保护全局变量；；
- 函数体内调用了malloc()或者free()函数；
- 函数体内调用了标准I/O函数。
常见的不可重入函数有：
- printf --------引用全局变量stdout
- malloc --------全局内存分配表
- free --------全局内存分配表
也就是说：本质上，可重入性与C++类或者没有全局静态变量的函数相似，由于只能访问自身所有的数据变量区域，所以即使有两个以上线程访问，也可以保证安全性。
QThread和QObjects
QThread类继承自QObjects类。因此，线程开始或结束时，QThread类发生发送信号事件。信号与槽的功能是QThread类从QObject类继承的，可以通过信号与槽处理开始或结束等操作，所以可以实现多线程。QObject是基于QTimer、QTcpSocket、QUdpSocket和QProcess之类的非图形用户界面的子类。
基于非图形用户界面的子类可以无线程操作。单一类运行某功能时，可以不需要线程。但是，运行单一类的目标程序的上级功能时，则必须通过线程实现。
线程A和线程B没有结束的情况下，应设计使主线程时间循环不结束；而若线程A迟迟不结束而导致主线程循环也迟迟不能结束，故也要防止线程A没有在一定时间内结束。
处理QThread的信号和槽的类型
Qt提供了可以决定信号与槽类型的枚举类，以在线程环境中适当处理事物。
| 常量 | 值 | 说明 |
| Qt::AutoConnection | 0 | 如果其他线程中发生信号，则会插入队列，像QueuedConnection一样，否则如DirectConnection一样，直接连接到槽。发送信号时决定Connection类型。 |
| Qt::DirectConnection | 1 | 发生信号事件后，槽立即响应 |
| Qt::QueuedConnection | 2 | 返回收到的线程事件循环时，发生槽事件。槽在收到的线程中运行 |
| Qt::BlockingQueuedConnection | 3 | 与QueuedConnection一样，返回槽时，线程被阻塞。建立在事件发生处使用该类型 |
使用QtConcurrent类的并行编程
QtConcurrent类提供多线程功能，不使用互斥体、读写锁、等待条件和信号量等低级线程。使用QtConcurrent创建的程序会根据进程数自行调整使用的线程数。
QThread类
简述
QThread类提供了与系统无关的线程。
QThread代表在程序中一个单独的线程控制。线程在run()中开始执行，默认情况下，run()通过调用exec()启动事件循环并在线程里运行一个Qt的事件循环。
详细描述
QThread类可以不受平台影响而实现线程。QThread提供在程序中可以控制和管理线程的多种成员函数和信号/槽。通过QThread类的成员函数start()启动线程。
QThread通过信号函数started()和finished()通知开始和结束，并查看线程状态；可以使用isFinished()和isRunning()来查询线程的状态；使用函数exit()和quit()可以结束线程。
如果使用多线程，有时需要等到所有线程终止。此时，使用函数wait()即可。线程中，使用成员函数sleep()、msleep()和usleep()可以暂停秒、毫秒及微秒单位的线程。
一般情况下，wait()和sleep()函数应该不需要，因为Qt是一个事件驱动型框架。考虑监听finished()信号来取代wait()，使用QTimer来取代sleep()。
静态函数currentThreadId()和currentThread()返回标识当前正在执行的线程。前者返回该线程平台特定的ID，后者返回一个线程指针。
要设置线程的名称，可以在启动线程之前调用setObjectName()。如果不调用setObjectName()，线程的名称将是线程对象的运行时类型（QThread子类的类名）。
线程管理
可以将常用的接口按照功能进行以下分类：
线程启动
void start(Priority priority = InheritPriority) [slot] 调用后会执行run()函数，但在run()函数执行前会发射信号started()，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，那么这个函数什么也不做。优先级参数的效果取决于操作系统的调度策略。特别是那些不支持线程优先级的系统优先级将会被忽略（例如在Linux中，更多细节请参考http://linux.die.net/man/2/sched_setscheduler）。
线程执行
int exec() [protected] 进入事件循环并等待直到调用exit()，返回值是通过调用exit()来获得，如果调用成功则范围0。
void run() [virtual protected] 线程的起点，在调用start()之后，新创建的线程就会调用这个函数，默认实现调用exec()，大多数需要重新实现这个函数，便于管理自己的线程。该方法返回时，该线程的执行将结束。
线程退出
void quit() [slot] 告诉线程事件循环退出，返回0表示成功，相当于调用了QThread::exit(0)。
void exit(int returnCode = 0) 告诉线程事件循环退出。 调用这个函数后，线程离开事件循环后返回，QEventLoop::exec()返回returnCode，按照惯例，0表示成功；任何非0值表示失败。
void terminate() [slot] 终止线程，线程可能会立即被终止也可能不会，这取决于操作系统的调度策略，使用terminate()之后再使用QThread::wait()，以确保万无一失。当线程被终止后，所有等待中的线程将会被唤醒。
警告：此函数比较危险，不鼓励使用。线程可以在代码执行的任何点被终止。线程可能在更新数据时被终止，从而没有机会来清理自己，解锁等等。。。总之，只有在绝对必要时使用此函数。
void requestInterruption() 请求线程的中断。该请求是咨询意见并且取决于线程上运行的代码，来决定是否及如何执行这样的请求。此函数不停止线程上运行的任何事件循环，并且在任何情况下都不会终止它。
线程等待
void msleep(unsigned long msecs) [static] //强制当前线程睡眠msecs毫秒
void sleep(unsigned long secs) [static] //强制当前线程睡眠secs秒
void usleep(unsigned long usecs) [static] //强制当前线程睡眠usecs微秒
bool wait(unsigned long time = ULONG_MAX) //线程将会被阻塞，等待time毫秒。和sleep不同的是，如果线程退出，wait会返回。线程优先级
void setPriority(Priority priority) 设置正在运行线程的优先级。如果线程没有运行，此函数不执行任何操作并立即返回。使用的start()来启动一个线程具有特定的优先级。优先级参数可以是QThread::Priority枚举除InheritPriortyd的任何值。
| 常量 | 值 | 优先级 |
| QThread::IdlePriority | 0 | 没有其它线程运行时才调度 |
| QThread::LowestPriority | 1 | 比LowPriority调度频率低 |
| QThread::LowPriority | 2 | 比NormalPriority调度频率低 |
| QThread::NormalPriority | 3 | 操作系统的默认优先级 |
| QThread::HighPriority | 4 | 比NormalPriority调度频繁 |
| QThread::HighestPriority | 5 | 比HighPriority调度频繁 |
| QThread::TimeCriticalPriority | 6 | 尽可能频繁的调度 |
| QThread::InheritPriority | 7 | 使用和创建线程同样的优先级. 这是默认值 |
QThread类使用方式
QThread的使用方法有如下两种：
- QObject::moveToThread()
- 继承QThread类
QObject::moveToThread
方法描述：
- 定义一个继承于QObject的worker类，在worker类中定义一个槽slot函数doWork()，这个函数中定义线程需要做的工作；
- 在要使用线程的controller类中，新建一个QThread的对象和woker类对象，使用moveToThread()方法将worker对象的事件循环全部交由QThread对象处理；
- 建立相关的信号函数和槽函数进行连接，然后发出信号触发QThread的槽函数，使其执行工作。
例子：
#ifndef WORKER_H
#define WORKER_H
#include
#include
#include
class Worker:public QObject //work定义了线程要执行的工作
{
Q_OBJECT
public:
Worker(QObject* parent = nullptr){}
public slots:
void doWork(int parameter) //doWork定义了线程要执行的操作
{
qDebug()<<"receive the execute signal---------------------------------";
qDebug()<<" current thread ID:"< #ifndef CONTROLLER_H
#define CONTROLLER_H
#include
#include
#include
class Controller : public QObject //controller用于启动线程和处理线程执行结果
{
Q_OBJECT
QThread workerThread;
public:
Controller(QObject *parent= nullptr);
~Controller();
public slots:
void handleResults(const int rslt) //处理线程执行的结果
{
qDebug()<<"receive the resultReady signal---------------------------------";
qDebug()<<" current thread ID:"< #include "controller.h"
#include
Controller::Controller(QObject *parent) : QObject(parent)
{
Worker *worker = new Worker;
worker->moveToThread(&workerThread); //调用moveToThread将该任务交给workThread
connect(this, SIGNAL(operate(const int)), worker, SLOT(doWork(int))); //operate信号发射后启动线程工作
connect(&workerThread, &QThread::finished, worker, &QObject::deleteLater); //该线程结束时销毁
connect(worker, SIGNAL(resultReady(int)), this, SLOT(handleResults(int))); //线程结束后发送信号，对结果进行处理
workerThread.start(); //启动线程
qDebug()<<"emit the signal to execute!---------------------------------";
qDebug()<<" current thread ID:"< 继承QThread类
方法描述
- 自定义一个继承QThread的类MyThread，重载MyThread中的run()函数，在run()函数中写入需要执行的工作；
- 调用start()函数来启动线程。
例子：
#ifndef MYTHREAD_H
#define MYTHREAD_H
#include
#include
class MyThread : public QThread
{
Q_OBJECT
public:
MyThread(QObject* parent = nullptr);
signals: //自定义发送的信号
void myThreadSignal(const int);
public slots: //自定义槽
void myThreadSlot(const int);
protected:
void run() override;
};
#endif // MYTHREAD_H #include "mythread.h"
MyThread::MyThread(QObject *parent)
{
}
void MyThread::run()
{
qDebug()<<"myThread run() start to execute";
qDebug()<<" current thread ID:"<#include "controller.h"
#include
Controller::Controller(QObject *parent) : QObject(parent)
{
myThrd = new MyThread;
connect(myThrd,&MyThread::myThreadSignal,this,&Controller::handleResults);
connect(myThrd, &QThread::finished, this, &QObject::deleteLater); //该线程结束时销毁
connect(this,&Controller::operate,myThrd,&MyThread::myThreadSlot);
myThrd->start();
QThread::sleep(5);
emit operate(999);
}
Controller::~Controller()
{
myThrd->quit();
myThrd->wait();
} 两种方法的比较
两种方法来执行线程都可以，随便你的喜欢。不过看起来第二种更加简单，容易让人理解。不过我们的兴趣在于这两种使用方法到底有什么区别？其最大的区别在于：
- moveToThread方法，是把我们需要的工作全部封装在一个类中，将每个任务定义为一个的槽函数，再建立触发这些槽的信号，然后把信号和槽连接起来，最后将这个类调用moveToThread方法交给一个QThread对象，再调用QThread的start()函数使其全权处理事件循环。于是，任何时候我们需要让线程执行某个任务，只需要发出对应的信号就可以。其优点是我们可以在一个worker类中定义很多个需要做的工作，然后发出触发的信号线程就可以执行。相比于子类化的QThread只能执行run()函数中的任务，moveToThread的方法中一个线程可以做很多不同的工作（只要发出任务的对应的信号即可）。
- 子类化QThread的方法，就是重写了QThread中的run()函数，在run()函数中定义了需要的工作。这样的结果是，我们自定义的子线程调用start()函数后，便开始执行run()函数。如果在自定义的线程类中定义相关槽函数，那么这些槽函数不会由子类化的QThread自身事件循环所执行，而是由该子线程的拥有者所在线程（一般都是主线程）来执行。如果你不明白的话，请看，第二个例子中，子类化的线程的槽函数中输出当前线程的ID，而这个ID居然是主线程的ID！！事实的确是如此，子类化的QThread只能执行run()函数中的任务直到run()函数退出，而它的槽函数根本不会被自己的线程执行。
QThread的信号与槽
启动或终止线程时，QThread提供了信号与槽。
| 信号 | 含义 |
| void finished() | 终止线程实例运行，发送信号 |
| void started() | 启动线程实例，发送信号 |
| void terminated() | 结束线程实例，则发送信号 |
| 槽 | 含义 |
| void quit() | 线程终止运行槽 |
| void start(Priority) | 线程启动槽 |
| void terminate() | 线程结束槽 |