Qt之多线程编程

岩枭～

539人浏览 · 2020-06-23 17:29:25

岩枭～ · 2020-06-23 17:29:25 发布

Qt之多线程编程笔记

文章目录

Qt之多线程编程笔记

1 程序、进程、线程的相关概念

什么是程序？什么是进程？什么是线程？程序和进程有什么关系？线程和进程之间的关系？

程序是计算机存储系统中的数据文件，源代码程序：文本文件，描述程序行为和功能；可执行程序：二进制文件，直接加载并且执行。

进程的广义概念：程序关于某一个数据几个的一次运行活动；狭义概念：程序被加载到内存中执行后得到的进程。

线程的概念：进程内的一个执行单元，操作系统中一个可调度的实体，进程中相对独立的一个控制流序列，执行时的现场数据和其调度的所需信息。

程序和进程的关系程序时硬盘中静态文件–存储系统中的一段二进制表示；进程时内存中动态的运行实体：数据段、代码段、PC指针等；一个程序可能对应多个线程–一个程序多次运行，每次运行产生一个进程；一个进程可能包含多个程序–一个程序依赖多个其他动态库。

进程和线程的关系进程中可以存在多个线程共享进程资源；线程是被调度的执行单元，而进程不是调度单元，线程不能脱离进程单独存在，只能依赖于进程运行；线程由生命周期，有诞生和死亡，任意线程都可以创建其他新的线程。

当代操作系统中，资源分配的基本单位是进程，而CPU调度执行的基本单位时线程，进程中多个线程并行执行，共享进程资源。

2 Qt中多线程的使用（QThread）

2.1 类中函数简介

Qt中通过QThread直接支持多线程，Qt中的线程以对象的形式被创建和使用，每一个线程对应着一个QThread对象。

类中所使用到的基本函数	函数功能
void run()	线程体函数，用于定义线程功能（执行流）
void start()	启动函数，将线程入口地址设置为run函数
void terminate()	强制结束线程（不推荐使用）

2.2 线程的生命周期

在这里插入图片描述

在工程开发中terminate()是进制使用的，此函数会使得操作系统暴力终止线程，而不会考虑数据完整性、资源释放等问题。那如何优雅的终止线程呢？在线程类中增加标志量stop(volatile bool),通过stop的值判断是否需要从run()函数返回。

2.3 多线程并发代码示例

#include <iostream>
#include <QApplication>
#include<QDebug>
#include<QThread>

class q1 : public QThread
{
protected:
    void run()
    {
        qDebug()<<this->objectName()<<"begin()";
        for(int i=0;i<10;i++)
        {
            qDebug()<<i;
        }
        qDebug()<<this->objectName()<<"end()";
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    q1 i,j;
    i.setObjectName("i");
    j.setObjectName("j");
    i.start();
    j.start();
    return a.exec();
}

3 多线程间的同步

3.1 同步的相关概念

同步的概念在特殊情况下，控制多线程间的相对执行顺序（QThread类直接支持线程间的同步wait()）wait()函数停止当前线程的执行，等待目标线程的执行结束。

线程间总是完全独立，毫无依赖的吗？

在特殊情况下，多线程的执行在时序上存在依赖，如吃饭这件事，煮饭、炒菜、吃，这三件事情并发执行的话存在一个时许的问题，也就是吃必须要等待煮饭和炒菜都完成了，才能吃。

在这里插入图片描述

3.2 同步的代码展示

#include <iostream>
#include <QApplication>
#include<QDebug>
#include<QThread>

class q1 : public QThread
{
protected:
    void run()
    {
        qDebug()<<this->objectName()<<"begin()";
        for(int i=0;i<10;i++)
        {
            qDebug()<<i;
        }
        qDebug()<<this->objectName()<<"end()";
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    q1 i,j;
    i.setObjectName("i");
    j.setObjectName("j");
    i.start();
    i.wait();
    j.start();
    return a.exec();
}

4 多线程间的互斥

4.1 互斥的相关概念

多线程除了在时序上可能产生依赖，在其他方面是否也可能产生依赖呢？

**临界资源：**每次只允许一个线程进行访问（读/写）的资源。

多线程间的互斥多个线程在同一时刻都需要访问临界资源。

如何保证多线程并发执行的时候，只有一个线程访问临界资源呢？

生活中的例子：红绿灯中间的区域可以理解为临界资源，前后方向和左右方向的车辆可以理解为两个线程，都需要经过公共区域，红绿灯起到了一个信号，让哪一个车过，QT中使用QMutex来充当这个信号，保护临界资源。

线程锁QMutex

QMutex中的成员函数	功能
void lock()	当锁空闲时，获取锁并继续执行；当锁被获取时，阻塞并等待锁释放
void unlock()	释放锁

用于保护临界资源，线程只有获取锁之后才能访问临界资源，锁被其他线程获取时，当前线程进入等待状态，同一把锁的获取和释放必须在同一个线程中成对出现，如果QMutex在调用unlock（）时处于空闲状态，那么程序的行为是未定义的。

4.2 线程的死锁概念

程序有多少临界资源？需要多少把线程锁？

死锁线程间相互等待临界资源，而造成彼此无法继续执行。

——系统中存在多个临界资源但临界资源不可抢占。

——线程需要多个临界资源才能继续执行。

死锁的避免对所有的临界资源都分配一个唯一的序号，对应的线程锁也分配唯一的序号，系统中每一个线程按照严格递增的次序请求资源。

4.3 多线程的信号量

信号量信号量是特殊的线程锁，信号量允许N个线程同时访问临界资源，信号量允许N个线程同时访问临界资源，Qt中直接支持信号量（QSemaphore）

QSemaphore sem(1);
sem.acquire();
//do something
sem.release;

QSemaphore对应中维护了一个整型值，acquire()使得该值减1，release()使得该值加1,当该值为0时，acquire()函数将阻塞当前线程。

4.4 互斥的代码展示

如果不加锁的话，运行会出错；

#include <iostream>
#include <QApplication>
#include<QDebug>
#include<QThread>
#include<QMutex>
#include<QSemaphore>

static QString str;
static QMutex lock;
static QSemaphore sem(1);

class q1 : public QThread
{
protected:
    void run()
    {
        qDebug()<<this->objectName()<<"begin()";
        while(true)
        {
            lock.lock();//sem.acquire();
            str.append("1");
            lock.unlock();//sem.release;
            sleep(1);
            qDebug()<<str;
        }
        qDebug()<<this->objectName()<<"end()";
    }
};
class q2 : public QThread
{
protected:
    void run()
    {
        qDebug()<<this->objectName()<<"begin()";
        while(true)
        {
            lock.lock();//sem.acquire();
            str.clear();
            lock.unlock();//sem.release;
            sleep(1);
        }
        qDebug()<<this->objectName()<<"end()";
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    q1 i;
    q2 j;
    q2 k;
    i.setObjectName("i");
    j.setObjectName("j");
    k.setObjectName("k");
    k.start();
    i.start();
    j.start();
    return a.exec();
}

5 多线程中的信号与槽

5.1 线程对象依附性问题

通过信号可以知道线程的状态，操作系统通过整形标识管理进程和线程，进程拥有全局唯一的ID值（PID），线程有进程内唯一的ID值（TID)。QThread中的关键静态成员函数currentThread()获取进程号，currentThreadId()获取线程值。

默认情况下，对象依附于自身被创建的线程，槽函数在其所依附的线程中被调用执行。Qobject::moveToThread用于改变对象的线程依附性，使得对象的槽函数在依附的函数中调用执行。

**线程中的事件循环：**QThread类中提供的exec()函数用于开启线程的事件循环，只有时间循环开启，槽函数才能在信号发送后调用。事件循环结束前，exec()后的语句无法执行,quit()和exit()函数用于结束事件循环。事务性操作、间断性IO操作等可以开启线程的事件循环，每次操作通过发送信号的方式使得槽函数在线程中执行。

5.2 信号与槽的连接方式

connect()函数是5个参数，但是平时使用时只是用4个参数，是因为有一个默认参数，且如果一个槽函数两次连接两次，当接收到信号时，槽函数就会执行两次。

槽函数连接方式	功能解读
Qt::DirectConnection(立即调用)	直接在发送信号的线程中调用槽函数，等价于槽函数的实时调用。
Qt::QueuedConnection（异步调用）	信号发送至目标线程的事件队列，由目标线程处理当前线程继续向下执行。
Qt::BlockingQueuedConnection（同步调用）	信号发送至目标线程的事件队列，由目标线程处理当前线程等待槽函数返回，之后继续向下执行。目标线程与当前线程必须不同。
Qt::AutoConnection（默认连接）	根据对象的依附性判断是直接调用还是异步调用。
Qt::UniqueConnection（单一连接）	功能与默认连接相同，自动确定连接类型，但是同一个信号与同一个槽函数之间只有一个选择。