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一、线程QThread
- QThread 类提供不依赖平台的管理线程的方法,如果要设计多线程程序,一般是从 QThread继承定义一个线程类,在自定义线程类里进行任务处理。
- qt拥有一个GUI线程,该线程阻塞式监控窗体,来自任何用户的操作都会被gui捕获到,并处理;如果有耗时的任务,不推荐在GUI中处理.怎么办?? 创建线程,交给线程去耗时!
1.QThread类简要说明
- 一个QThread类的对象管理一个线程。该线程包括
- 执行函数体,这是线程执行的主要代码部分。
- 函数体中有一个死循环,用于保持线程的持续运行,直到条件满足。
- 线程私有空间,每个线程都有自己的独立数据和堆栈空间。
- QThread 提供了完整的线程功能,并且内置了一个虚函数 run() 用于处理线程任务。我们可以通过重写 run() 方法来定义线程的具体行为。编写线程的具体方法为继承QThread并重写run()函数。最好是直接定义一个线程类(实际上也这样做)。
- GUI线程和控件访问:只有主GUI线程可以访问和操作窗体上的控件。如果其他线程尝试直接访问这些控件,会导致程序崩溃。为了在线程中更新UI,可以使用信号和槽机制。
class MyThread : public QThread { Q_OBJECT signals: void updateUI(int value); public: void run() override { for (int i = 0; i < 10; ++i) { emit updateUI(i); // 发出信号更新UI QThread::sleep(1); } } }; // 在主窗口类中连接信号和槽 connect(ptMyThread, &MyThread::updateUI, this, &MainWindow::updateUIFunction);
- 线程的启动和停止使用start()和stop()函数即可。这也是可以捕获的信号,可以用来连接槽函数,不过要加上ed。
- 出现了此类错误error: undefined reference to `vtable for myThread,那么就将该错误发生的头文件和函数体文件移除该工程,然后再添加进来。
- 代码举例
2.线程间通信
1.通过共享资源的方式可以进行线程间通信。
- 结构体通信
- 值得注意的就是使用之前要加锁,使用之后要解锁
QMutex buflock;//其实就是互斥信号量。 buflock.lock(); buflock.unlock();
- 结构体要在使用该结构体的线程中声明,定义在外面,方便其他线程使用或声明,当然互斥锁也要有哈。
- 一般通过构造函数传入或写出数据。
- 在重写run()函数里有while循环,或者是死循环,具体情况而定
- 当然也要有休眠函数,给其他线程一点时间执行嘛。
- 代码举例
//rethread.h #ifndef RETHREAD_H #define RETHREAD_H #include<QThread> #include<QMutex> struct msg_struct{ int temp; int shidu; char des[128]; }; class thread_write:public QThread{ public: thread_write(); thread_write(struct msg_struct *pmsg,QMutex *pMutex);//写 ~thread_write(); void run() override;//写。重写 private: struct msg_struct *pShareMsg; QMutex *pMutex; }; class thread_read:public QThread{ public: thread_read(struct msg_struct *pmsg,QMutex *pMutex);//写 thread_read(); ~thread_read(); void run() override;//重写 private: struct msg_struct *pShareMsg; QMutex *pMutex; }; #endif // RETHREAD_H //rethread.cpp #include "rethread.h" #include<QDebug> thread_write::thread_write() { } thread_write::thread_write(msg_struct *pmsg, QMutex *pMutex) { pShareMsg = pmsg; this->pMutex=pMutex; } thread_write::~thread_write() { } void thread_write::run() { char ch = 'A'; while(1){ pMutex->lock(); for(int i= 0;i<127;i++){ pShareMsg->des[i]=ch; if(i%20==0){ QThread::sleep(1); } } pMutex->unlock(); QThread::msleep(10); ch++; } } thread_read::thread_read(msg_struct *pmsg, QMutex *pMutex) { pShareMsg = pmsg; this->pMutex = pMutex; } thread_read::thread_read() { } thread_read::~thread_read() { } void thread_read::run() { QThread::sleep(1); while(1){ pMutex->lock(); qDebug()<<"thread read"<<__func__<<" "<<pShareMsg->des; pMutex->unlock(); QThread::sleep(5); } } //widget.h #ifndef WIDGET_H #define WIDGET_H #include"rethread.h" #include <QWidget> 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; struct msg_struct *pShareMsg; QMutex *pMutex; thread_read *pThreadRead; thread_write *pThreadWrite; }; #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); pShareMsg = new struct msg_struct; pMutex = new QMutex; pThreadRead = new thread_read(pShareMsg,pMutex); pThreadWrite = new thread_write(pShareMsg,pMutex); pThreadWrite->start(); pThreadRead->start(); } Widget::~Widget() { delete ui; }
- 信号和槽
- 在一个线程中定义一个信号,然后将其连接到另一个线程中的槽函数,通过信号的触发来调用槽函数。这是Qt中最常用的线程间通信方法。
- 这之中有一个线程铁定是GUI线程。才可以使用信号和槽
- 例如
输出为 - 值得注意的是不要在GUI程序中加入sleep睡眠之类的代码,容易造成程序崩溃。
3.线程间同步
- 线程同步是指在多线程环境中,协调线程之间的执行顺序和数据共享,确保线程以预期的方式访问共享资源。同步的主要目的是避免竞争条件(race conditions)和数据不一致性。
1.基于互斥量的线程同步QMutex
- 互斥量可以保证在任意时刻只有一个线程可以访问共享资源,从而避免竞争条件和数据不一致性。
- 定义一把互斥锁
//widget.h QMutex *pMutex; //widget.cpp pMutex = new QMutex;
- 上锁,如果互斥量已经被其他线程锁定,当前线程将被阻塞,直到互斥量可用。
pMutex.lock();
- 解锁,访问共享资源后,线程需要释放互斥量的锁,以便其他线程可以访问该资源。
pMutex.unlock();
- 尝试上锁,函数tryLock()尝试锁定一个互斥量,如果成功锁定就返回true,如果其他线程已经锁定了这个互斥量就返回false,不等待。有参数则等待。
pMutex.try_Lock();//括号内可以有参数,以毫秒为单位,表示最多等待多少毫秒
2. 基于读写锁的线程同步QReadWriteLock
- 基于读写锁(Read-Write Lock)的线程同步是一种高效的同步机制,适用于读多写少的场景。与互斥锁不同,读写锁允许多个线程同时读取共享资源,但在写入资源时,只允许一个线程进行写操作,这样可以提高程序的并发性能。
- 定义一把读写锁
//widget.h QReadWriteLock *pRWLock; //Widget.cpp pRWLock = new QReadWriteLock;
- pRWLock.lockForRead();//以只读方式锁定资源,如果有其他线程以写入方式锁定资源,这个函数会被阻塞
- pRWLock.lockForWrite();//以写入方式锁定资源,如果其他线程以读或写方式锁定资源,这个函数会被阻塞
- pRWLock.unlock();//解锁
- 它们可以在前面加上try,如tryLockForRead();表示尝试以读的方式锁上资源,括号内的参数可以表示尝试多少毫秒
3. 基于条件等待的线程同步QWaitCondition
- QWaitCondition 提供了一种改进的线程同步方法,QWaitCondition 通过与 QMutex 或QReadWriteLock 结合使用,可以使一个线程在满足一定条件时通知其他多个线程,使其他多个线程及时进行响应,这样比只使用互斥量或读写锁效率要高一些。
- 定义
QMutex mutex; QReadWriteLock readWriteLock; QWaitCondition condition;
- bool wait(QMutex *lockedMutex, unsigned long time = ULONG_MAX),释放lockMutex这个互斥信号量。线程进入休眠,等待被唤醒,默认无限等待。若被唤醒则返回true;若超时则返回false。
- bool wait(QReadWriteLock *lockedReadWriteLock, unsigned long time = ULONG_MAX),释放lockedReadWriteLock这个读写锁,并让线程进入等待状态直到被唤醒或者超时。默认情况下,无限期等待。若被唤醒则返回true;若超时则返回false。
- void wakeAll():唤醒所有处于等待状态的线程。唤醒顺序不确定,由操作系统的调度策略决定。
- void wakeOne():唤醒一个处于等待状态的线程。具体唤醒哪个线程不确定,由操作系统的调度策略决定。
4. 基于信号量的线程同步
- 信号量(QSemaphore)是用于控制多个线程对共享资源的访问的同步原语。它是一种计数器,允许你在特定时间允许多个线程同时访问某个资源。信号量可以用来限制访问的线程数。
- 使用方法
方法名 | 描述 | 参数 | 返回值 |
---|---|---|---|
构造函数 | |||
QSemaphore(int initialCount = 1, int maxCount = 1) | 创建一个信号量,初始计数和最大计数。 | initialCount :初始计数值maxCount :最大计数值 | 无 |
基本方法 | |||
acquire(int num = 1) | 获取 num 个资源,若资源不足,线程阻塞。 | num :需要获取的资源数量 | 无 |
release(int num = 1) | 释放 num 个资源,增加信号量的计数器。 | num :需要释放的资源数量 | 无 |
带超时的方法 | |||
acquire(int num, unsigned long timeout = ULONG_MAX) | 获取 num 个资源,直到超时。 | num :需要获取的资源数量timeout :超时时间(毫秒) | bool :成功获取资源返回 true ,超时返回 false |
检查方法 | |||
tryAcquire(int num = 1) | 尝试获取 num 个资源,若资源不足则立即返回。 | num :需要获取的资源数量 | bool :成功获取资源返回 true ,否则返回 false |
available() const | 返回可用资源的数量。 | int :可用资源数量 | |
其他方法 | |||
setCount(int count) | 设置信号量的计数器值。 | count :新的计数值 | 无 |
maximumCount() const | 返回信号量的最大值。 | int :最大值 | |
currentCount() const | 返回当前信号量的计数值。 | int :当前计数值 |
- 代码示例
#include <QCoreApplication> // 引入Qt核心应用程序模块 #include <QThread> // 引入Qt线程模块 #include <QSemaphore> // 引入Qt信号量模块 #include <QDebug> // 引入Qt调试输出模块 // 创建一个信号量,初始计数为3,表示最多同时允许3个线程访问资源 QSemaphore semaphore(3); class Worker : public QThread { public: void run() override { // 重写QThread的run()方法,定义线程执行的代码 // 尝试在1000毫秒内获取一个资源 if (semaphore.tryAcquire(1, 1000)) { // 尝试获取一个资源,如果在超时内未能获取,则返回false qDebug() << "Thread" << QThread::currentThreadId() << "acquired a resource."; // 打印线程获取资源的消息 QThread::sleep(2); // 模拟工作,线程休眠2秒 qDebug() << "Thread" << QThread::currentThreadId() << "finished working."; // 打印线程完成工作的消息 semaphore.release(); // 释放一个资源,使其他等待的线程可以获取到资源 } else { qDebug() << "Thread" << QThread::currentThreadId() << "could not acquire a resource within timeout."; // 打印超时未获取资源的消息 } // 显示信号量的状态 qDebug() << "Current available resources:" << semaphore.available(); // 打印当前可用资源的数量 semaphore.setCount(5); // 修改信号量的计数器值为5,增加可用资源 qDebug() << "Max count:" << semaphore.maximumCount(); // 打印信号量的最大计数值 qDebug() << "Current count:" << semaphore.currentCount(); // 打印当前信号量的计数值 } }; int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); // 创建Qt应用程序实例 // 创建多个Worker线程实例 Worker worker1, worker2, worker3, worker4, worker5; // 启动线程 worker1.start(); worker2.start(); worker3.start(); worker4.start(); worker5.start(); // 等待所有线程完成 worker1.wait(); worker2.wait(); worker3.wait(); worker4.wait(); worker5.wait(); return a.exec(); // 进入Qt事件循环 }
QT睡眠程序
- 用于让当前线程休眠或延迟执行
- QThread::sleep(int sec);//个方法使当前线程休眠指定的秒数。
- QThread::msleep(int msec);//这个方法使当前线程休眠指定的毫秒数。
- QThread::usleep(int usec);//这个方法使当前线程休眠指定的微秒数。