13-3_Qt 5.9 C++开发指南_基于QReadWriteLock 的线程同步

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。如果在一个程序中有多个线程读取某个变量，使用互斥量时也必须排队。而实际上若只是读取一个变量，是可以让多个线程同时访问的，这样互斥量就会降低程序的性能。

例如，假设有一个数据采集程序，一个线程负责采集数据到缓冲区，一个线程负责读取缓冲区的数据并显示，另一个线程负责读取缓冲区的数据并保存到文件，示意代码如下:

int buffer [100];
QMutex mutex;
void threadDAQ::run()
{
    ...
    mutex.lock();
    get_data_and_write_in_buffer(); //数据写入buffer
    mutex.unclock();
    ...
}

void threadShow::run()
{
    ...
    mutex.lock();
    show_buffer(); //读取buffer里的数据并显示
    mutex.unclock();
    ...
}

void threadSaveFile::run()
{
    ...
    mutex.lock();
    Save_buffer_toFile(); //读取buffer里的数据并保存到文件
    mutex.unclock();
    ...
}

数据缓冲区 buffer 和瓦斥量 mutex 都是全局变量，线程 threadDAO 将数据写到 buffer，线程threadShow 和 threadSaveFile 只是读取 buffer，但是因为使用互斥量，这3个线程任何时候都只能有一个线程可以访问 buffer。而实际上，threadShow 和 threadSaveFile 都只是读取 bufer 的数据,它们同时访问 buffer 是不会发生冲突的。

Qt 提供了 QReadWriteLock 类，它是基于读或写的模式进行代码段锁定的，在多个线程读写一个共享数据时，可以解决上面所说的互斥量存在的问题。

QReadWriteLock 以读或写锁定的同步方法允许以读或写的方式保护一段代码，它可以允许多个线程以只读方式同步访问资源，但是只要有一个线程在以写方式访问资源时，其他线程就必须等待直到写操作结束。

QReadWriteLock 提供以下几个主要的函数:

• lockForRead()，以只读方式锁定资源，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，如果本线程或其他线程以读或写模式锁定资源，这个函数就阻塞;
• unlock()，解锁;
• tryLockForRead()，是 lockForRead()的非阻塞版本;
• tryLockForWrite()，是lockForWrite的非阻塞版本。

使用QReadWriteLock，上面的三线程代码可以改写为如下的形式:

int buffer [100];
QReadWriteLock Lock;
void threadDAQ::run()
{
    ...
    Lock.lockForWrite();
    get_data_and_write_in_buffer(); //数据写入buffer
    mutex.unclock();
    ...
}

void threadShow::run()
{
    ...
    Lock.lockForRead();
    show_buffer(); //读取buffer里的数据并显示
    mutex.unclock();
    ...
}

void threadSaveFile::run()
{
    ...
    Lock.lockForRead();
    Save_buffer_toFile(); //读取buffer里的数据并保存到文件
    mutex.unclock();
    ...
}

这样，如果 threadDAQ 没有以 lockForWrite()锁定 Lock，threadShow 和 threadSaveFile 可以同时访问 buffer，否则 threadShow 和 threadSaveFile 都被阻塞；如果 threadShow 和 threadSaveFile 都没有锁定，那么 threadDAQ 能以写入方式锁定，否则 threadDAQ 就被阻塞。

QReadLocker 和 QWriteLocker 是 QReadWriteLock 的简便形式，如同 QMutexLocker 是QMutex 的简便版本一样，无需与unlock()配对使用。使用QReadLocker 和QWriteLocker，则上面的代码改写为:

int buffer [100];
QReadWriteLock Lock;
void threadDAQ::run()
{
    ...
    QWriteLocker Locker(&Lock);
    get_data_and_write_in_buffer(); //数据写入buffer
    ...
}

void threadShow::run()
{
    ...
    QReadLocker Locker(&Lock);
    show_buffer(); //读取buffer里的数据并显示
    ...
}

void threadSaveFile::run()
{
    ...
    QReadLocker Locker(&Lock);
    Save_buffer_toFile(); //读取buffer里的数据并保存到文件
    ...
}