多线程中数据的并发访问与保护

在多线程编程中，不可避免地要对一些共享的数据进行访问。由于线程之间对共享数据的访问是独立的，任何一个线程都可对共享数据进行访问和修改，且它们之间是异步并发进行的，特别是当需要对共享数据进行修改时，就会产生数据不一致的问题，为此，需要一种保护机制，来限制线程之间的并发访问，以保护共享的数据。

在Qt多线程应用程序中，需要对多个线程进行同步。Qt提供了如下几个同步类：QMutex,QReadWriteLock, QSemaphore以及QWaitCondition。

QMutex

QMutex类提供了一个保护变量或一个代码区的方法，使得每次仅有一个线程能对其进行访问。该类提供了lock()方法用于锁位mutex,以及unlock()函数用于解锁。另外，还提供了tryLock()方法，它与lock()方法的一个重要区别在于如果mutex已经被锁定，它将立即返回而不是阻塞。代码示例如下：

void Thread::run()
{
    forever {
        mutex.lock();
        if (stopped) {
            stopped = false;
            mutex.unlock();
            break;
        }
        mutex.unlock();
        cerr << qPrintable(messageStr);
    }
    cerr << endl;
}

Qt同时也提供了一个帮助类QMutexLocker用于简化mutex的操作，代码示例如下：

void Thread::run()
{
    forever {
        {
            QMutexLocker locker(&mutex);
            if (stopped) {
                stopped = false;
                break;
            }
        }
        cerr << qPrintable(messageStr);
    }
    cerr << endl;
}

QReadWriteLock

在多个线程读取共享数据而仅有一个线程要修改共享数据的情况下，可以使用QReadWriteLock类，它可以保证并发对数据的读操作而不会对性能产生负面影响。代码示例如下：

void ReaderThread::run()
{
    ...
    lock.lockForRead();
    access_data_without_modifying_it(&data);
    lock.unlock();
    ...
}

同样，Qt也提供了一个相应的类QReadLocker和QWriteLocker来简化QReadWriteLock的操作。

QSemaphore

QSemaphore是一种更通用的mutex，除了读/写锁外，信号量还可用于监视一定数目的相同资源。如下的代码片段显示了QSemaphore和QMutex之间的对应关系：

QSemaphoresemaphore(1); | QMutex mutex; semaphore.acquire(); | mutex.lock(); semaphore.release(); | mutex.unlock();

通过传递1构造函数，表示该信号量控制单个资源。信号量的一大优点就是通过传递一个大于1的数，我们可以调用acquire()函数多次以获得许多资源，代码示例如下：

QSemaphore s( 10 );
s.acquire(); // s.available() = 9
s.acquire(5); // s.available() = 4
s.release(2); // s.available() = 6
s.release(); // s.available() = 7
s.release(5); // s.available() = 12
s.tryAcquire(15); // s.available() = 12

线程之间的通信

除了通过共享数据来在多个线程之间进行通信外，还可以使用信号与槽的机制实现线程之间的通信。

多线程编程中注意点

1. 子QObject必须在它的父线程中创建。

特别地，在非主线程中创建的对象不能将QThread对象作为它们的父类，因为线程对象是在另一个线程中创建的。

2. 必须先删除在一个线程中创建的所有QObject对象，然后删除线程对象本身。

3. QObject必须在创建它的线程中删除。

非GUI的QObject子类，如QTimer,QProcess以及网络类都是可重入的。可用在任何线程中，只要该线程有一个事件循环。对于非主线程，进入事件循环是通过调用QThread::exec()函数。