Qt 中的多线程(二)

liliu4239

可重入与线程安全 在Qt文档中，术语“可重入”与“线程安全”被用来说明一个函数如何用于多线程程序。假如一个类的任何函数在此类的多个不同的实例上，可以被多个线程同时 调用，那么这个类被称为是“可重入”的。假如不同的线程作用在同一个实例上仍可以正常工作，那么称之为“线程安全”的。 大多数c++类天生就是可重入的，因为它们典型地仅仅引用成员数据。任何线程可以在类的一个实例上调用这样的成员函数，只要没有别的线程在同一个实例上调 用这个成员函数。举例来讲，下面的Counter 类是可重入的：

class Counter

{

public:

Counter() {n=0;}

void increment() {++n;}

void decrement() {--n;}

int value() const {return n;}

private:

int n;

};

这个类不是线程安全的，因为假如多个线程都试图修改数据成员 n,结果未定义。这是因为c++中的++和--操作符不是原子操作。实际上，它们会被扩展为三个机器指令： 1，把变量值装入寄存器 2，增加或减少寄存器中的值 3，把寄存器中的值写回内存 假如线程A与B同时装载变量的旧值，在寄存器中增值，回写。他们写操作重叠了，导致变量值仅增加了一次。很明显，访问应该串行化：A执行123步骤时不应 被打断。使这个类成为线程安全的最简单方法是使用QMutex来保护数据成员：

class Counter {

public:

Counter() { n = 0; }

void increment()

{

QMutexLocker locker(&mutex);

++n;

}

void decrement() {

QMutexLocker locker(&mutex); --n;

 }

int value() const

{

QMutexLocker locker(&mutex);

return n;

}

private:

mutable QMutex mutex;

int n;

};

QMutexLocker类在构造函数中自动对mutex进行加锁，在析构函数中进行解锁。随便一提的是，mutex使用了mutable关键 字来修饰， 因为我们在value()函数中对mutex进行加锁与解锁操作，而value()是一个const函数。 大多数Qt类是可重入，非线程安全的。有一些类与函数是线程安全的，它们主要是线程相关的类，如QMutex,QCoreApplication:: postEvent()。 线程与QObjects QThread 继承自QObject,它发射信号以指示线程执行开始与结束，而且也提供了许多slots。更有趣的是，QObjects可以用于多线程，这是因为每个线 程被允许有它自己的事件循环。 QObject 可重入性 QObject是可重入的。它的大多数非GUI子类，像QTimer,QTcpSocket,QUdpSocket,QHttp,QFtp, QProcess也是可重入的，在多个线程中同时使用这些类是可能的。需要注意的是，这些类被设计成在一个单线程中创建与使用，因此，在一个线程中创建一 个对象，而在另外的线程中调用它的函数，这样的行为不能保证工作良好。有三种约束需要注意： 1，QObject的孩子总是应该在它父亲被创建的那个线程中创建。这意味着，你绝不应该传递QThread对象作为另一个对象的父亲(因为 QThread对象本身会在另一个线程中被创建) 2,事件驱动对象仅仅在单线程中使用。明确地说，这个规则适用于"定时器机制“与”网格模块“，举例来讲，你不应该在一个线程中开始一个定时器或是连接一 个套接字，当这个线程不是这些对象所在的线程。 3，你必须保证在线程中创建的所有对象在你删除QThread前被删除。这很容易做到:你可以run()函数运行的栈上创建对象。 尽管QObject是可重入的，但GUI类，特别是QWidget与它的所有子类都是不可重入的。它们仅用于主线程。正如前面提到过的， QCoreApplication::exec()也必须从那个线程中被调用。实践上，不会在别的线程中使用GUI类，它们工作在主线程上，把一些耗时的 操作放入独立的工作线程中，当工作线程运行完成，把结果在主线程所拥有的屏幕上显示。 逐线程事件循环 每个线程可以有它的事件循环，初始线程开始它的事件循环需使用QCoreApplication::exec(),别的线程开始它的事件循环需要用 QThread::exec().像QCoreApplication一样，QThreadr提供了exit(int)函数，一个quit() slot。 线程中的事件循环，使得线程可以使用那些需要事件循环的非GUI 类(如，QTimer,QTcpSocket,QProcess)。也可以把任何线程的signals连接到特定线程的slots，也就是说信号-槽机制 是可以跨线程使用的。对于在QApplication之前创建的对象，QObject::thread()返回0,这意味着主线程仅为这些对象处理投递事 件，不会为没有所属线程的对象处理另外的事件。可以用QObject::moveToThread()来改变它和它孩子们的线程亲缘关系，假如对象有父 亲，它不能移动这种关系。在另一个线程(而不是创建它的那个线程)中delete QObject对象是不安全的。除非你可以保证在同一时刻对象不在处理事件。可以用QObject::deleteLater(),它会投递一个 DeferredDelete事件，这会被对象线程的事件循环最终选取到。 假如没有事件循环运行，事件不会分发给对象。举例来说，假如你在一个线程中创建了一个QTimer对象，但从没有调用过exec(),那么QTimer就 不会发射它的timeout()信号.对deleteLater()也不会工作。(这同样适用于主线程)。你可以手工使用线程安全的函数 QCoreApplication::postEvent()，在任何时候，给任何线程中的任何对象投递一个事件，事件会在那个创建了对象的线程中通过事 件循环派发。事件过滤器在所有线程中也被支持，不过它限定被监视对象与监视对象生存在同一线程中。类似地，QCoreApplication:: sendEvent(不是postEvent()),仅用于在调用此函数的线程中向目标对象投递事件。 从别的线程中访问QObject子类 QObject和所有它的子类是非线程安全的。这包括整个的事件投递系统。需要牢记的是，当你正从别的线程中访问对象时，事件循环可以向你的 QObject子类投递事件。假如你调用一个不生存在当前线程中的QObject子类的函数时，你必须用mutex来保护QObject子类的内部数据， 否则会遭遇灾难或非预期结果。像其它的对象一样，QThread对象生存在创建它的那个线程中---不是当QThread::run()被调用时创建的那 个线程。一般来讲，在你的QThread子类中提供slots是不安全的，除非你用mutex保护了你的成员变量。 另一方面，你可以安全的从QThread::run()的实现中发射信号，因为信号发射是线程安全的。 跨线程的信号-槽 Qt支持三种类型的信号-槽连接： 1，直接连接，当signal发射时，slot立即调用。此slot在发射signal的那个线程中被执行(不一定是接收对象生存的那个线程) 2，队列连接，当控制权回到对象属于的那个线程的事件循环时，slot被调用。此slot在接收对象生存的那个线程中被执行 3，自动连接(缺省)，假如信号发射与接收者在同一个线程中，其行为如直接连接，否则，其行为如队列连接。 连接类型可能通过以向connect()传递参数来指定。注意的是，当发送者与接收者生存在不同的线程中，而事件循环正运行于接收者的线程中，使用直接连 接是不安全的。同样的道理，调用生存在不同的线程中的对象的函数也是不是安全的。QObject::connect()本身是线程安全的。 多线程与隐含共享 Qt为它的许多值类型使用了所谓的隐含共享(implicitsharing)来优化性能。原理比较简单，共享类包含一个指向共享数据块的指针，这个数据 块中包含了真正原数据与一个引用计数。把深拷贝转化为一个浅拷贝，从而提高了性能。这种机制在幕后发生作用，程序员不需要关心它。如果深入点看，假如对象 需要对数据进行修改，而引用计数大于1，那么它应该先detach()。以使得它修改不会对别的共享者产生影响，既然修改后的数据与原来的那份数据不同 了，因此不可能再共享了，于是它先执行深拷贝，把数据取回来，再在这份数据上进行修改。例如： void QPen::setStyle(Qt::PenStyle style) { detach(); // detach From common data d->style = style; // set the style member
}
void QPen::detach()
{
if (d->ref != 1) {
... // perform a deep copy
}
}
一 般认为，隐含共享与多线程不太和谐，因为有引用计数的存在。对引用计数进行保护的方法之一是使用mutex,但它很慢，Qt早期版本没有提供一个满意的 解决方案。从4.0开始，隐含共享类可以安全地跨线程拷贝，如同别的值类型一样。它们是完全可重入的。隐含共享真的是"implicit"。它使用汇编语 言实现了原子性引用计数操作，这比用mutex快多了。
假如你在多个线程中同进访问相同对象，你也需要用mutex来串行化访问顺序,就如同其他可重入对象那样。总的来讲，隐含共享真的给”隐含“掉了，在多线程程序中，你可以把它们看成是一般的，非共享的，可重入的类型，这种做法是安全的。