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Qt多线程从基础到性能优化

news 2025/7/4 4:43:36

一、为什么需要多线程开发

现代应用程序的性能需求
CPU多核架构的有效利用
复杂任务的解耦与响应式界面保持

二、Qt线程创建四大方式

1. 继承QThread重写run()

class WorkerThread : public QThread {
    void run() override {
        // 耗时操作
        qDebug() << "Thread ID:" << QThread::currentThreadId();
    }
};

// 使用
WorkerThread *thread = new WorkerThread();
thread->start();

适用场景：简单线程任务，需要快速实现

2. 使用moveToThread

QThread *thread = new QThread();
Worker *worker = new Worker();
worker->moveToThread(thread);

connect(thread, &QThread::started, worker, &Worker::doWork);
connect(worker, &Worker::workDone, thread, &QThread::quit);

thread->start();

优势：

完美契合Qt事件循环
支持信号槽通信
对象生命周期易管理

3. QtConcurrent高级API

QFuture<void> future = QtConcurrent::run([](){
    // 并行任务
});

特性：

自动线程池管理
支持返回值获取（QFuture）
Map-Reduce模式支持

4. 线程池(QThreadPool)

class Task : public QRunnable {
    void run() override {
        // 任务逻辑
    }
};

QThreadPool::globalInstance()->start(new Task());

最佳实践：

适合大量短期任务
默认最大线程数 = CPU核心数
自定义线程池配置

三、线程同步机制

1. 互斥锁(QMutex)

QMutex mutex;
int counter = 0;

void increment() {
    QMutexLocker locker(&mutex);
    counter++;
}

2. 读写锁(QReadWriteLock)

QReadWriteLock lock;
void readData() {
    QReadLocker reader(&lock);
    // 读取操作
}

3. 信号量(QSemaphore)

QSemaphore sem(5); // 初始资源数

void accessResource() {
    sem.acquire();
    // 使用资源
    sem.release();
}

4. 条件变量(QWaitCondition)

QWaitCondition condition;
QMutex mutex;

// 等待方
mutex.lock();
condition.wait(&mutex);
mutex.unlock();

// 唤醒方
condition.wakeAll();

四、线程通信方案

1. 信号槽机制

// 自动连接（默认）
connect(worker, &Worker::resultReady, 
        this, &Controller::handleResult);

// 队列连接（跨线程）
connect(worker, &Worker::dataUpdated,
        this, &Controller::updateUI, Qt::QueuedConnection);

2. 事件传递

class CustomEvent : public QEvent {
public:
    // 自定义事件类型和数据
};

// 发送事件
QCoreApplication::postEvent(receiver, new CustomEvent());

3. 共享内存

QSharedMemory sharedMem("MySharedMemory");
sharedMem.create(1024); // 创建共享内存

五、开发注意事项

GUI操作限制：
- 所有界面操作必须在主线程
- 使用QMetaObject::invokeMethod跨线程更新UI
内存管理：
- 使用QObject的父子关系自动回收
- 注意跨线程delete的隐患
死锁预防：
- 避免嵌套锁
- 统一加锁顺序
- 使用QMutex::tryLock()
资源竞争：
- 原子操作使用QAtomicInteger
- 线程局部存储(QThreadStorage)

六、性能优化策略

线程数量控制
- 理想数量 = CPU核心数 ± 2
- I/O密集型可适当增加

锁粒度优化

// 错误示例：大范围锁
void process() {
    mutex.lock();
    // 大量无关操作
    mutex.unlock();
}

// 正确做法：最小临界区
void process() {
    // 非临界区操作
    {
        QMutexLocker lock(&mutex);
        // 关键数据操作
    }
    // 后续处理
}