【Qt】多线程

置顶 დ旧言~

于 2025-04-01 17:05:21 发布

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分类专栏： QT从基础到入门文章标签： qt

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> 作者：დ旧言~
> 座右铭：松树千年终是朽，槿花一日自为荣。

> 目标：了解QT中的多线程。

> 毒鸡汤：有些事情，总是不明白，所以我不会坚持。早安!

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一、常用API

创建线程的步骤：

自定义一个类，继承于QThread，并且只有一个线程处理函数（和主线程不是同一个线程），这个线程处理函数主要就是重写父类中的 run()函数
线程处理函数里面写入需要执行的复杂数据处理
启动线程不能直接调用 run() 函数，需要使用对象来调用 start() 函数实现线程启动
线程处理函数执行结束后可以定义一个信号来告诉主线程
最后关闭线程

代码示例：

新建 Qt 项目，设计UI界面如下：

新建一个类，继承于QThread类：

thread.h：

#ifndef THREAD_H
#define THREAD_H
 
#include <QWidget>
#include <QThread>
#include <QTime>
#include <QDebug>
 
class Thread : public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    Thread();
public:
    void run();//重写
signals:
    void sendTime(QString time);//声明信号函数
};
 
#endif // THREAD_H

thread.cpp：

#include "thread.h"
 
Thread::Thread() {}
 
void Thread::run()
{
    while(true)
    {
        QString time = QTime::currentTime().toString("hh:mm:ss");
        qDebug() << time;
        emit sendTime(time);//发送信号
        sleep(1);
    }
}

widget.h：

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H
 
#include <QWidget>
#include "thread.h"
 
QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACE
 
class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT
 
public:
    Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();
 
private slots:
    void startShow();
    void showTime(QString time);
 
private:
    Ui::Widget *ui;
    Thread thread;//声明线程对象
};
#endif // WIDGET_H

widget.cpp：

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
 
Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    connect(ui->pushButton, &QPushButton::clicked, this, &Widget::startShow);
    connect(&thread, &Thread::sendTime, this, &Widget::showTime);
}
 
Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}
 
void Widget::startShow()
{
    thread.start();
}
 
void Widget::showTime(QString time)
{
    ui->label->setText(time);
}

注意：

线程函数内部不允许操作 UI 图形界面，一般用数据处理
connect() 函数第五个参数表的为连接的方式，只有在多线程时才有意义

二、线程安全

实现线程互斥和同步常用的类有：

互斥锁：QMutex、QMutexLocker
条件变量：QWaitCondition
信号量：QSemaphore
读写锁：QReadLocker、QWriteLocker、QReadWriteLock

2.1、互斥锁

概念：

互斥锁是一种保护和防止多个线程同时访问同一对象实例的方法，在Qt中，互斥锁主要是通过QMutex类来处理。

QMutex：

特点：QMutex是 Qt 框架提供的互斥锁类，用于保护共享资源的访问，实现线程间的互斥操作
用途：在多线程环境下，通过互斥锁来控制对共享数据的访问，确保线程安全

QMutex mutex;
mutex.lock(); //上锁
//访问共享资源
//...
mutex.unlock(); //解锁

QMutexLocker：

特点：QMutexLocker是QMutex的辅助类，使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）方式对互斥锁进行上锁和解锁操作
用途：简化对互斥锁的上锁和解锁操作，避免忘记解锁、异常等问题导致的死锁

QMutex mutex;
{
    QMutexLocker locker(&mutex); //在作⽤域内⾃动上锁
    //访问共享资源
    //...
} //在作⽤域结束时⾃动解锁

QReadWriteLocker、QReadLocker、QWriteLocker：

特点：

QReadWriteLock 是读写锁类，用于控制读和写的并发访问
QReadLocker 用于读操作上锁，允许多个线程同时读取共享资源
QWriteLocker 用于写操作上锁，只允许一个线程写入共享资源

用途：在某些情况下，多个线程可以同时读取共享数据，但只有一个线程能够进行写操作。读写锁提供了更高效的并发访问方式。

QReadWriteLock rwLock; 
 
//在读操作中使⽤读锁
{
    QReadLocker locker(&rwLock); //在作⽤域内⾃动上读锁
    //读取共享资源
    //...
} //在作⽤域结束时⾃动解读锁
 
//在写操作中使⽤写锁
{
    QWriteLocker locker(&rwLock); //在作⽤域内⾃动上写锁
    //修改共享资源
    //...
} //在作⽤域结束时⾃动解写锁

代码示例：

thread.h：

#ifndef THREAD_H
#define THREAD_H
 
#include <QWidget>
#include <QThread>
#include <QMutex>
#include <QDebug>
 
class Thread : public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    Thread(QObject* parent = nullptr);
    void run();
private:
    static QMutex mutex; //多个线程使用一把锁
    static int number;	 //多个线程访问同一个数据
};
 
#endif // THREAD_H

thread.cpp：

#include "thread.h"
 
QMutex Thread::mutex;
int Thread::number;
 
Thread::Thread(QObject* parent):QThread(parent) {}
 
void Thread::run()
{
    while(true)
    {
        mutex.lock();
        qDebug() << "current thread:" << this << ", value:" << number++;
        mutex.unlock();
        QThread::sleep(2);//休眠两秒
    }
}

widget.h：

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H
 
#include <QWidget>
#include "thread.h"
 
QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACE
 
class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT
 
public:
    Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();
 
private:
    Ui::Widget *ui;
};
#endif // WIDGET_H

widget.cpp：

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
 
Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
 
    Thread* thread1 = new Thread(this);
    Thread* thread2 = new Thread(this);
    thread1->start();
    thread2->start();
}
 
Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}

2.2、条件变量

特点：QWaitCondition是 Qt 框架提供的条件变量类，用于线程之间的消息通信和同步
用途：在某个条件满足时等待或唤醒线程，用于线程的同步和协调

QMutex mutex;
QWaitCondition condition;
 
//在等待线程中
mutex.lock();
//检查条件是否满⾜，若不满⾜则等待
while (!conditionFullfilled()) {
    condition.wait(&mutex); //等待条件满⾜并释放锁
} 
//条件满⾜后继续执⾏
//...
mutex.unlock();
 
//在改变条件的线程中
mutex.lock();
//改变条件
changeCondition();
condition.wakeAll(); //唤醒等待的线程
mutex.unlock();

2.3、信号量

有时在多线程编程中，需要确保多个线程可以相应的访问一个数量有限的相同资源。例如，运行程序的设备内存有限，因此更希望需要大量内存的线程将这一事实考虑在内，并根据可用的内存数量进行相关操作，多线程编程中类似问题通常用信号量来处理。信号量类似于增强的互斥锁，不仅能完成上锁和解锁操作，还可以跟踪可用资源的数量

特点：QSemaphore是 Qt 框架提供的计数信号量类，用于控制同时访问共享资源的线程数量
用途：限制并发线程数量，用于解决一些资源有限的问题

QSemaphore semaphore(2); //同时允许两个线程访问共享资源
 
//在需要访问共享资源的线程中
semaphore.acquire(); //尝试获取信号量，若已满则阻塞
//访问共享资源
//...
semaphore.release(); //释放信号量
//在另⼀个线程中进⾏类似操作