pyqt事件循环


        可重入的(Reentrant):如果多个线程可以在同一时刻调用一个类的所有函数,并且保证每一次函数调用都引用一个唯一的数据,就称这个类是可重入的(Reentrant means that all the functions in the referenced class can be called simultaneously by multiple threads, provided that each invocation of the functions reference unique data.)。类似的,一个函数被称为可重入的,如果该函数允许多个线程在同一时刻调用,而每一次的调用都只能使用其独有的数据。全局变量就不是函数独有的数据,而是共享的。 换句话说,这意味着类或者函数的使用者必须使用某种额外的机制(比如锁)来控制对对象的实例或共享数据的序列化访问。
        线程安全(Thread-safe):如果多个线程可以在同一时刻调用一个类的所有函数,即使每一次函数调用都引用一个共享的数据,就说这个类是线程安全的(Threadsafe means that all the functions in the referenced class can be called simultaneously by multiple threads even when each invocation references shared data.)。如果多个线程可以在同一时刻访问函数的共享数据,就称这个函数是线程安全的。


       进一步说, 对于一个类,如果 不同的实例 可以被不同线程同时使用而不受影响,就说这个类是可重入的;如果 这个类的 所有成员函数 都可以被不同线程同时调用而不受影响,即使这些调用针对同一个对象,那么我们就说这个类是线程安全的。由此可以看出,线程安全的语义要强于可重入。接下来,我们从事件开始讨论。在 PyQt 中,事件由一个普通对象表示(QEvent或其子类)。这是事件与信号的一个很大区别:事件总是由某一种类型的对象表示,针对某一个特殊的对象,而信号则没有这种目标对象。所有QObject的子类都可以通过覆盖QObject::event()函数来控制事件的对象。


       事件可以由程序生成,也可以在程序外部生成。例如:


       QKeyEvent和QMouseEvent对象表示键盘或鼠标的交互,通常由系统的窗口管理器产生;
       QTimerEvent事件在定时器超时时发送给一个QObject,定时器事件通常由操作系统发出;
       QChildEvent在增加或删除子对象时发送给一个QObject,这是由 Qt 应用程序自己发出的。


       需要注意的是,与信号不同,事件并不是一产生就被分发。事件产生之后被加入到一个队列中(这里的队列含义同数据结构中的概念,先进先出),该队列即被称为事件队列。事件分发器遍历事件队列,如果发现事件队列中有事件,那么就把这个事件发送给它的目标对象。这个循环被称作事件循环。事件循环的伪代码描述大致如下所示:

while (is_active)
{
    while (!event_queue_is_empty) {
        dispatch_next_event();
    }
    wait_for_more_events();
}
PyQt程序在执行的时候 调用QApplication. exec() 函数意味着进入了主循环。我们把事件循环理解为一个无限循环,直到QApplication.exit()或者QApplication.quit()被调用,事件循环才真正退出。

        伪代码里面的while会遍历整个事件队列,发送从队列中找到的事件;wait_for_more_events()函数则会阻塞事件循环,直到又有新的事件产生。我们仔细考虑这段代码,在wait_for_more_events()函数所得到的新的事件都应该是由程序外部产生的。因为所有内部事件都应该在事件队列中处理完毕了。因此,我们说事件循环在wait_for_more_events()函数进入休眠,并且可以被下面几种情况唤醒:

  • 窗口管理器的动作(键盘、鼠标按键按下、与窗口交互等);
  • 套接字动作(网络传来可读的数据,或者是套接字非阻塞写等);
  • 定时器;
  • 由其它线程发出的事件(我们会在后文详细解释这种情况)。

          在类 UNIX 系统中,窗口管理器(比如 X11)会通过套接字(Unix Domain 或 TCP/IP)向应用程序发出窗口活动的通知,因为客户端就是通过这种机制与 X 服务器交互的。如果我们决定要实现基于内部的socketpair(2)函数的跨线程事件的派发,那么窗口的管理活动需要唤醒的是:

  • 套接字 socket
  • 定时器 timer
        这也正是select(2)系统调用所做的:它监视窗口活动的一组描述符,如果在一定时间内没有活动,它会发出超时消息(这种超时是可配置的)。Qt 所要做的,就是把select()的返回值转换成一个合适的QEvent子类的对象,然后将其放入事件队列。好了,现在你已经知道事件循环的内部机制了。

         至于为什么需要事件循环,我们可以简单列出一个清单:

  • 组件的绘制与交互:QWidget.paintEvent()会在发出QPaintEvent事件时被调用。该事件可以通过内部QWidget.update()调用或者窗口管理器(例如显示一个隐藏的窗口)发出。所有交互事件(键盘、鼠标)也是类似的:这些事件都要求有一个事件循环才能发出。
  • 定时器:长话短说,它们会在select(2)或其他类似的调用超时时被发出,因此你需要允许 Qt 通过返回事件循环来实现这些调用。
  • 网络:所有低级网络类(QTcpSocket、QUdpSocket以及QTcpServer等)都是异步的。当你调用read()函数时,它们仅仅返回已可用的数据;当你调用write()函数时,它们仅仅将写入列入计划列表稍后执行。只有返回事件循环的时候,真正的读写才会执行。注意,这些类也有同步函数(以waitFor开头的函数),但是它们并不推荐使用,就是因为它们会阻塞事件循环。高级的类,例如QNetworkAccessManager则根本不提供同步 API,因此必须要求事件循环。
         有了事件循环,你就会想怎样阻塞它。阻塞它的理由可能有很多,例如我就想让QNetworkAccessManager同步执行。在解释为什么 永远不要阻塞事件循环之前,我们要了解究竟什么是“阻塞”。假设我们有一个按钮Button,这个按钮在点击时会发出一个信号。这个信号会与一个Worker对象连接,这个Worker对象会执行很耗时的操作。当点击了按钮之后,我们观察从上到下的函数调用堆栈:
QApplication.exec()
[…]
QWidget.event()
Button.mousePressEvent()
Button.clicked()
[…]
Worker.doWork()
         开始事件循环,也就执行QApplication.exec()函数。窗口管理器侦测到鼠标点击后,PyQt 会发现并将其转换成QMouseEvent事件,发送给组件的event()函数。这一过程是通过QApplication.notify()函数实现的。注意我们的按钮并没有覆盖event()函数,因此其父类的实现将被执行,也就是QWidget.event()函数。这个函数发现这个事件是一个鼠标点击事件,于是调用了对应的事件处理函数,就是Button.mousePressEvent()函数。我们重写了这个函数,发出Button.clicked()信号,而正是这个信号会调用Worker.doWork()槽函数。

         在worker努力工作的时候,事件循环在干什么?或许你已经猜到了答案:什么都没做!事件循环发出了鼠标按下的事件,然后等着事件处理函数返回。此时,它一直是阻塞的,直到Worker.doWork()函数结束。注意,我们使用了“阻塞”一词,也就是说,所谓阻塞事件循环,意思是没有事件被派发处理。


         在事件就此卡住时,组件也不会更新自身(因为QPaintEvent对象还在队列中),也不会有其它什么交互发生(还是同样的原因),定时器也不会超时并且网络交互会越来越慢直到停止。也就是说,前面我们大费周折分析的各种依赖事件循环的活动都会停止。这时候,需要窗口管理器会检测到你的应用程序不再处理任何事件,于是告诉用户你的程序失去响应。这就是为什么我们需要快速地处理事件,并且尽可能快地返回事件循环。
         现在,重点来了:我们不可能避免业务逻辑中的耗时操作,那么怎样做才能既可以执行那些耗时的操作,又不会阻塞事件循环呢?一般会有三种解决方案:第一,我们将任务移到另外的线程(正如我们上一章看到的那样,不过现在我们暂时略过这部分内容);第二,我们手动强制运行事件循环。想要强制运行事件循环,我们需要在耗时的任务中一遍遍地调用Application.processEvents()函数。Application.processEvents()函数会发出事件队列中的所有事件,并且立即返回到调用者。仔细想一下,我们在这里所做的,就是模拟了一个事件循环。


         另外一种解决方案我们在前面的章节提到过:使用QEventLoop类重新进入新的事件循环。通过调用QEventLoop.exec()函数,我们重新进入新的事件循环,给QEventLoop.quit()槽函数发送信号则退出这个事件循环。

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