Qt 中的多线程

liliu4239

QT通过三种形式提供了对线程的支持。它们分别是，一、平台无关的线程类，二、线程安全的事件投递，三、跨线程的信号-槽连接。这使得开发轻巧 的多 线程Qt程序更为容易，并能充分利用多处理器机器的优势。多线程编程也是一个有用的模式，它用于解决执行较长时间的操作而不至于用户界面失去响应。在Qt 的早期版本中，在构建库时有不选择线程支持的选项，从4.0开始，线程总是有效的。

线程类

Qt 包含下面一些线程相关的类：
QThread 提供了开始一个新线程的方法
QThreadStorage 提供逐线程数据存储
QMutex 提供相互排斥的锁，或互斥量
QMutexLocker 是一个便利类，它可以自动对QMutex加锁与解锁
QReadWriterLock 提供了一个可以同时读操作的锁
QReadLocker与QWriteLocker 是便利类，它自动对QReadWriteLock加锁与解锁
QSemaphore 提供了一个整型信号量，是互斥量的泛化
QWaitCondition 提供了一种方法，使得线程可以在被另外线程唤醒之前一直休眠。

创建一个线程

为创建一个线程，子类化QThread并且重写它的run()函数，例如：
class MyThread : public QThread
{
Q_OBJECT protected:
void run();
};
void MyThread::run()
{
...
}
之后，创建这个线程对象的实例，调用QThread::start()。于是，在run()里出现的代码将会在另外线程中被执行。
注 意：QCoreApplication::exec()必须总是在主线程(执行main()的那个线程)中被调用，不能从一个QThread中调用。在 GUI程序中，主线程也被称为GUI线程，因为它是唯一一个允许执行GUI相关操作的线程。另外，你必须在创建一个QThread之前创建 QApplication(orQCoreApplication)对象。
线程同步

QMutex, QReadWriteLock, QSemaphore, QWaitCondition 提供了线程同步的手段。使用线程的主要想法是希望它们可以尽可能并发执行，而一些关键点上线程之间需要停止或等待。例如，假如两个线程试图同时访问同一个 全局变量，结果可能不如所愿。
QMutex 提供相互排斥的锁，或互斥量。在一个时刻至多一个线程拥有mutex,假如一个线程试图访问已经被锁定的mutex,那么它将休眠，直到拥有mutex的线程对此mutex解锁。Mutexes常用来保护共享数据访问。
QReadWriterLock 与QMutex相似，除了它对 "read","write"访问进行区别对待。它使得多个读者可以共时访问数据。使用QReadWriteLock而不是QMutex，可以使得多线程程序更具有并发性。

QReadWriteLock lock;
void ReaderThread::run()
{
// ...
lock.lockForRead();
read_file();
lock.unlock();
//...
}
void WriterThread::run()
{
// ...
lock.lockForWrite();
write_file();
lock.unlock();
// ...
}

QSemaphore 是QMutex的一般化，它可以保护一定数量的相同资源，与此相对，一个mutex只保护一个资源。下面例子中，使用QSemaphore来控制对环状缓 冲的访问，此缓冲区被生产者线程和消费者线程共享。生产者不断向缓冲写入数据直到缓冲末端，再从头开始。消费者从缓冲不断读取数据。信号量比互斥量有更好 的并发性，假如我们用互斥量来控制对缓冲的访问，那么生产者，消费者不能同时访问缓冲。然而，我们知道在同一时刻，不同线程访问缓冲的不同部分并没有什么 危害。

 

 

const int DataSize = 100000;
const int BufferSize = 8192;
char buffer[BufferSize];
QSemaphore freeBytes(BufferSize);
QSemaphore usedBytes;

class Producer : public QThread
{
public:
void run();
};

void Producer::run()
{
       qsrand(QTime(0,0,0).secsTo(QTime::currentTime()));
       for (int i = 0; i < DataSize; ++i)

       {

       freeBytes.acquire();

       buffer[i % BufferSize] = "ACGT"[(int)qrand() % 4];

       usedBytes.release();

       }

}

 

class Consumer : public QThread

{

       public: void run();

};

 

void Consumer::run()

{

 for (int i = 0; i < DataSize; ++i)

{

       usedBytes.acquire();

      fprintf(stderr, "%c", buffer[i % BufferSize]);

       freeBytes.release();

}

fprintf(stderr, "\n");

}

 

int main(int argc, char *argv[])

{

       QCoreApplication app(argc, argv);

       Producer producer;

       Consumer consumer;

       producer.start();

       consumer.start();

       producer.wait();

       consumer.wait();

      return 0;

}

 QWaitCondition 允许线程在某些情况发生时唤醒另外的线程。一个或多个线程可以阻塞等待一QWaitCondition ,用wakeOne()或wakeAll()设置一个条件。wakeOne()随机唤醒一个，wakeAll()唤醒所有。

下面的例子中，生产者首先必须检查缓冲是否已满(numUsedBytes==BufferSize)，如果是，线程停下来等待 bufferNotFull条件。如果不是，在缓冲中生产数据，增加numUsedBytes,激活条件bufferNotEmpty。使用mutex来 保护对numUsedBytes的访问。另外，QWaitCondition::wait()接收一个mutex作为参数，这个mutex应该被调用线程 初始化为锁定状态。在线程进入休眠状态之前，mutex会被解锁。而当线程被唤醒时，mutex会处于锁定状态,而且，从锁定状态到等待状态的转换是原子 操作，这阻止了竞争条件的产生。当程序开始运行时，只有生产者可以工作。消费者被阻塞等待bufferNotEmpty条件，一旦生产者在缓冲中放入一个 字节，bufferNotEmpty条件被激发，消费者线程于是被唤醒。

const int DataSize = 100000;

const int BufferSize = 8192;

char buffer[BufferSize];

 QWaitCondition bufferNotEmpty;

QWaitCondition bufferNotFull;

QMutex mutex; int numUsedBytes = 0;

 

class Producer : public QThread

{

      public: void run();

};

 

 void Producer::run()

{

      qsrand(QTime(0,0,0).secsTo(QTime::currentTime()));

       for (int i = 0; i < DataSize; ++i)

      {

       mutex.lock();

       if (numUsedBytes == BufferSize) bufferNotFull.wait(&mutex);

       mutex.unlock();

       buffer[i % BufferSize] = "ACGT"[(int)qrand() % 4];

       mutex.lock();

       ++numUsedBytes;

       bufferNotEmpty.wakeAll();

      mutex.unlock();

}

}

 

class Consumer : public QThread

{

       public: void run();

};

void Consumer::run()

{

       for (int i = 0; i < DataSize; ++i) { mutex.lock(); if (numUsedBytes == 0)   bufferNotEmpty.wait(&mutex);

      mutex.unlock();

       fprintf(stderr, "%c", buffer[i % BufferSize]);

      mutex.lock();

       --numUsedBytes;

       bufferNotFull.wakeAll();

      mutex.unlock();

}

fprintf(stderr, "\n");

 }

int main(int argc, char *argv[])

{

       QCoreApplication app(argc, argv);

       Producer producer;

       Consumer consumer;

       producer.start();

       consumer.start();

       producer.wait();

       consumer.wait();

      return 0;

}