Qt——多线程

一、QThread类

        如果要设计多线程程序，一般是从QThread继承定义一个线程类，并重新定义QThread的虚函数 run() ，在函数 run() 里处理线程的事件循环。

        应用程序的线程称为主线程，创建的其他线程称为工作线程。主线程的 start() 函数会在其内部调用 run() 函数，然后 exec() 函数会让 run() 函数保持运行，进入工作线程的事件循环，随时接收系统事件。如下图所示：

注：MyThread 继承于 QThread。

二、线程同步

1. 互斥量（Mutex）

        在多线程程序中，线程之间可能需要访问同一个变量（临界资源），或一个线程需要等待另一个线程完成某个操作才产生相应的动作。QMutex 和 QMutexLocker 都是基于互斥量的线程同步类。

        QMutex 的 lock() 函数用来锁定互斥量，unlock() 函数用来解锁互斥量。这两个方法必须配对使用。其次还要一个 tryLock() 函数，如果函数返回 true 则表示成拿到了共享资源。示例如下：

QMutex  mutex;
 
void MyThread::run() {
    while(true) {
        mutex.lock();       //锁定互斥量
        ...
        mutex.unlock();     //解锁互斥量
    } 
}

         QMutexLocker 和 QMutex 相比，是一个简化了互斥量处理的类。它的构造函数接受互斥量作为参数并将其锁定，其析构函数则将此互斥量解锁。QMutexLocker 会使其在生存期内的代码片段得到保护。示例如下：

QMutex  mutex;
 
void MyThread::run() {
    while(true) {
         if (mutex.tryLock(500))    //尝试锁定一个信号量，最多等500ms
         {
            QMutexLocker locker(&mutex);    //锁定mutex，超出if范围自动解锁
            ...  
         }
    } 
}

2. 读写锁（ReadWriteLock）

        使用互斥量时存在一个问题，那就是每次只有一个线程获得互斥量的使用权限。如果在一个程序中有多个线程读取某个变量，那么这个变量就不是临界资源，是允许同时访问的。这时我们就需要 Qt 提供的读写锁类 QReadWriteLock，它是基于读或写的方式进行代码片锁定的。

        其中 lockForRead() 函数会以只读方式锁定资源，锁定后其他线程只能读不能写。 lockForWrite() 函数以写的方式锁定资源，锁定后其他线程不能读也不能写。

3. 条件等待（WaitCondition）

        QWaitCondition 提供了一种改进的线程同步方法。它通过与 QReadWriteLock 结合使用，可以使一个线程在满足一定条件下通知其他多个线程，使其他多个线程即时进行响应。

        其中 wait() 函数用于释放互斥量，wakeAll() 函数用于唤醒所有处于等待状态的线程。wait() 函数定义如下：

bool wait(QReadWriteLock *readWriteLock, unsigned long time)

        QWaitCondition 一般用于生产者/消费者（producer/consumer）问题。暂且假设缓冲区一直有资源且无限大，示例代码如下：

QReadWriteLock rwLocker;    //读写锁
 
QWaitCondition waiter;    //控制线程同步的对象
 
// 生产者
void ProducerThread::run() {
    while(1) {
        rwLocker.lockForWrite();    //以写方式锁定
        ...
        rwLocker.unlock();          //解锁
        waiter.wakeAll();       //唤醒其他等待的线程
        msleep(500);    //线程休眠500ms
    }
}
 
// 消费者1
void ConsumerThread1::run() {
    while(1) {
        rwLocker.lockForRead();     //以只读方式锁定
        waiter.wait(&rwLocker);     //等待被唤醒
        ...
        rwLocker.unlock();          //解锁
    }
}
 
// 消费者2
void ConsumerThread2::run() {
    while(1) {
        rwLocker.lockForRead();     //以只读方式锁定
        waiter.wait(&rwLocker);     //等待被唤醒
        ...
        rwLocker.unlock();          //解锁
    }
}

4. 信号量（Semaphore）

         信号量与互斥量类似，但二者又有区别。一个互斥量只能被锁定一次，而信号量可以被多次利用。信号量通常用来保护一定数量的相同资源，如双缓冲区。

        QSemaphore 就是 Qt 实现信号量功能的类。其中 acquire(int n) 用于尝试获得n个资源，release(int n) 用于释放n个资源。available() 用于返回当前信号量的可用资源个数。