Qt_线程介绍与使用

目录

1、QThread常用API

2、Qt线程安全 

3、使用线程QThread

4、connect函数的第五个参数 

5、Qt互斥锁

5.1 QMutexLocker

6、条件变量 

7、信号量 

结语

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前言：

        线程是应用程序开发非常重要的概念，在Qt中，用QThread类来实现多线程，将线程有关的各种函数都封装到这个类中（包括线程执行函数），方便通过该类对线程进行控制。若要创建一个线程执行某些任务，则需要自定义一个继承QThread的类，重写线程执行函数让该线程执行我们期望的任务。

1、QThread常用API

         使用QThread创建一个线程对象后，需要调用相关API来操作线程，比如启动线程，等待线程等操作以及获取线程信息，这些成员函数的介绍如下：

run()	线程的执行函数，即线程所执行的任务，通过start函数间接调用他
start()	真正意义上的创建线程，调用此函数才能让线程执行run函数的内容
currentThread()	返回⼀个指向管理当前执行线程的QThread对象的指针
isRunning()	如果线程正在运行返回true，否则返回false
sleep() / msleep() / usleep()	使线程休眠，单位为秒 / 毫秒 / 微秒
wait()	线程等待，调用此函数的线程会阻塞在此函数处，若线程的run函数调用结束或者线程没有被启动，wait返回true。如果等待超时，此函数将返回false
terminate()	终止线程的执行
finished()	当线程结束时会发出该信号

2、Qt线程安全 

         线程安全指的是多个线程修改共享资源时会发生意料之外的错误，而Qt中的共享资源毫无疑问是界面本身，而对界面的修改默认是在主线程，如果我们新建线程并对界面进行修改就会引发线程安全问题，因此Qt中严格规定新建的线程不能对界面进行修改！

        若需要使用线程对界面进行修改，则采用信号与槽的方式，线程向主线程发送信号，主线程连接该信号与槽，在槽函数中进行对界面的修改，因为槽函数的执行是在主线程，因此不会出现线程安全问题。如下图：

3、使用线程QThread

        用QLabel模拟一个时间表，首先在界面上创建一个按钮（pushbutton）和一个标签（label），按钮的作用是让线程开始执行任务，并将任务的结果打印到标签中，至此模拟出时间表。界面设计如下：

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        1、首先要实现上述功能，必须先创建一个继承自QThread的类，点击新建项目选择新建类：

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        2、然后自定义类名，并让该类继承QThread，如下：

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        3、创建完毕后会自动生成相关的文件和代码，我们需要做的是重写run函数，让该线程能够执行我们期望的任务，并且还要给该类自定义一个信号，目的是通过发送信号间接修改界面，mythread.h文件代码如下：

#ifndef MYTHREAD_H
#define MYTHREAD_H#include <QWidget>
#include <QThread>class mythread : public QThread
{Q_OBJECT
public:mythread();void run();//重写run函数signals:void mythread_signal(QString time);//自定义的信号
};#endif // MYTHREAD_H

        mythread.cpp文件代码如下：

#include "mythread.h"
#include <QTime>
#include <QDebug>mythread::mythread()
{}void mythread::run()
{while(1){QString time = QTime::currentTime().toString("hh:mm:ss");qDebug()<<time;emit mythread_signal(time);//将时间传过去sleep(1);//每过一秒更新一次}}

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        4、上述线程的工作已经完成，现在需要在主线程中实例化线程对象，并在主线程中调用线程的start函数让线程跑起来，可以让按钮完成启动线程的工作，并且实现线程信号对应的槽函数，在该槽函数中进行对label的文本设置，widget.h文件代码如下：

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QWidget>
#include <mythread.h>QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACEclass Widget : public QWidget
{Q_OBJECTpublic:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();private slots:void on_pushButton_clicked();void thread_slot(QString time);//线程信号的槽函数private:mythread thread;//要想启动线程，必须创建线程对象Ui::Widget *ui;
};
#endif // WIDGET_H

        widget.cpp代码如下：

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"Widget::Widget(QWidget *parent): QWidget(parent), ui(new Ui::Widget)
{ui->setupUi(this);connect(&thread,&mythread::mythread_signal,this,&Widget::thread_slot);
}Widget::~Widget()
{delete ui;
}void Widget::on_pushButton_clicked()
{thread.start();//启动线程
}void Widget::thread_slot(QString time)
{ui->label->setText(time);//设置文本
}

        运行结果：

        至此实现了使用线程将label标签设置为时间表的功能。整个程序的逻辑：点击按钮启动线程的start函数->线程开始执行run函数并不断的发送信号->主线程收到线程的信号后执行对应的槽函数实现label文本的更新。

4、connect函数的第五个参数 

        connect函数是用于连接信号与槽的，connect函数第五个参数为Qt::ConnectionType，用于指定信号与槽的连接类型，主要影响槽函数的执行逻辑，一般在多线程的情况下才会用到第五个参数。Qt::ConnectionType提供了以下五种方式：

Qt::AutoConnection	在Qt中，会根据信号和槽函数是否处于统一线程自动选择连接类型。如果信号和槽函数在同⼀线程中，就会Qt:DirectConnection类型；如果它们位于不同的线程中，则使用Qt::QueuedConnection类型。
Qt::DirectConnection	当信号发出时，槽函数会立即在同⼀线程中执行，可以理解为就是简单的一次函数调用。
Qt::QueuedConnection	当信号发出时，槽函数会被插⼊到接收对象所属的线程的事件队列中，等待下⼀次事件循环时执行。
Qt::BlockingQueuedConnection	与Qt:QueuedConnection类似，但是发送信号的线程会被阻塞，直到槽函数执行完毕。
Qt::UniqueConnection	这是⼀个标志，可以使用位运算和上述任何⼀种连接类型组合使用。

5、Qt互斥锁

        讲到多线程就自然离不开互斥锁的使用，由于多线程很容易导致线程安全问题，因此使用互斥锁限制多个线程对共享资源的访问。在Qt中，互斥锁主要是通过QMutex类来实现。互斥锁的使用如下。

        1、首先创建一个继承QThread的类thread，并在该类中创建一把锁和一个静态变量，thread.h文件代码如下：

#ifndef THREAD_H
#define THREAD_H#include <QWidget>
#include <QThread>
#include <QMutex>class mythread : public QThread
{Q_OBJECT
public:mythread();void run();static int num;//让多个线程对该值进行++
private:static QMutex mutex;//让线程看到同一把锁
};#endif // THREAD_H

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        2、定义run函数，thread.cpp代码如下：

#include "thread.h"int mythread::num = 0;
QMutex mythread::mutex;mythread::mythread()
{}void mythread::run()
{for(int i = 0;i<100000;i++){mutex.lock();num++;mutex.unlock();}
}

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        3、在widget.cpp中创建两个线程，这两个线程同时对num进行++操作，最终观察num的值，代码如下：

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
#include "thread.h"
#include <QDebug>Widget::Widget(QWidget *parent): QWidget(parent), ui(new Ui::Widget)
{ui->setupUi(this);mythread t1;mythread t2;t1.start();t2.start();t1.wait();t2.wait();qDebug()<<mythread::num;
}Widget::~Widget()
{delete ui;
}

        运行结果：

        此时结果是预期的，因为对访问共享资源进行加锁限制，如果上述代码没有加锁，结果如下：

         从这里也可以看到加锁的必要性。

5.1 QMutexLocker

         QMutexLocker是QMutex的辅助类，使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）方式 对互斥锁进行自动上锁和解锁的操作。具体来说，他会在被创建时自动上锁，在作用域结束后自动释放锁，避免开发者忘记解锁导致的死锁等问题。

        将上述代码的上锁解锁操作用QMutexLocker代替：

#include "thread.h"int mythread::num = 0;
QMutex mythread::mutex;mythread::mythread()
{}void mythread::run()
{for(int i = 0;i<100000;i++){QMutexLocker locker(&mutex);//创建时自动加锁//mutex.lock();num++;//mutex.unlock();}//出了作用域后自动结束
}

        运行结果：

6、条件变量 

         在Qt中，QWaitCondition类表示条件变量，条件变量是作用是让线程实现同步机制，线程同步是为了让所有线程申请到锁的能力是一样的，上述例子中，线程t1和线程t2虽然实现了互斥，但是不具备同步机制，可以通过观察执行线程的地址来判断申请锁的能力，如下图：

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         添加条件变量后，节选widget.cpp代码： 

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
#include "thread.h"
#include <QDebug>Widget::Widget(QWidget *parent): QWidget(parent), ui(new Ui::Widget)
{ui->setupUi(this);mythread t1;mythread t2;t1.start();t2.start();for(int i = 0;i<1000;i++){_sleep(1);mythread::cond.wakeAll();//唤醒条件变量}t1.wait();t2.wait();qDebug()<<mythread::num;}Widget::~Widget()
{delete ui;
}

        测试结果：

        可以发现两个线程依次有序的对共享资源进行++操作。 

7、信号量 

        信号量类似于加强版互斥锁，不仅能完成上锁和解锁操作，而且还可以限制访问共享资源的线程数量。Qt中用QSemaphore类来表示信号量，用于控制同时访问共享资源的线程数量，测试代码如下：

#include "thread.h"
#include <QDebug>
#include <QSemaphore>int mythread::num = 0;
QMutex mythread::mutex;
QWaitCondition mythread::cond;//初始化条件变量QSemaphore QS(1);//信号量为1，表示只能有一个线程申请到信号量mythread::mythread()
{}void mythread::run()
{for(int i = 0;i<1000;i++){QS.acquire();//尝试获取信号量，若已满则阻塞//QMutexLocker locker(&mutex);//cond.wait(&mutex);//条件变量等待//mutex.lock();num++;qDebug()<<this;//mutex.unlock();QS.release();//释放信号量}
}

结语

        以上就是关于Qt线程介绍与使用，在Qt中使用线程最为重要的就是不能直接在线程中对界面进行修改，并且Qt线程采用的是继承的思想，和C++中的线程库采用回调的方式有些不同。线程的其他相关概念都相差无几。

        最后如果本文有遗漏或者有误的地方欢迎大家在评论区补充，谢谢大家！！