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【QT】多线程相关教程

news 2025/7/13 11:50:38

一、核心概念与 Qt 线程模型

1.线程与进程的区别:
线程是程序执行的最小单元，进程是资源分配的最小单元，线程共享进程的内存空间(堆，全局变量等)，而进程拥有独立的内存空间。Qt线程只要关注同一进程内的并发。

2.为什么使用多线程
当程序中有多个耗时的操作时候，为了提高性能，防止GUI线程阻塞，可以处理耗时操作

3.QThread 类的相关接口
start():启动线程，调用run方法
run():线程的入口点，子类化 QThread 并重写此方法是一种使用线程的方式（传统方式）。线程在此函数中执行。
quit() / exit(int returnCode): 请求线程退出事件循环（如果正在运行）。
wait([unsigned long time = ULONG_MAX]): 阻塞调用线程，直到目标线程结束执行或超时。
isRunning() / isFinished(): 查询线程状态。
finished 信号：线程执行完毕（run() 返回）时发射。重要：连接此信号进行资源清理（如 deleteLater）。
started 信号：线程启动后（run() 执行前）发射。

4.事件循环 (Event Loop)
核心概念：每个线程都可以拥有自己的事件循环（由 QEventLoop 管理）。主线程（GUI 线程）默认运行事件循环。
作用：处理事件（如定时器事件、网络事件、投递的事件、队列连接的信号槽调用）。
QThread::exec(): 进入事件循环（在 run() 方法中调用）。
Worker 对象 + moveToThread + 事件循环模式：这是现代 Qt 多线程编程的主流模式。对象被移动到新线程后，它的槽函数将在新线程的事件循环中被调用。

6.信号与槽 (Signals & Slots) 的连接类型
Qt 的信号槽机制是线程安全的。
连接类型 (Connection Type) 决定槽函数在哪个线程执行：
Qt::AutoConnection (默认)：如果发送者和接收者在同一线程，行为同 DirectConnection；否则，行为同 QueuedConnection。
Qt::DirectConnection：槽函数在发送者所在线程中立即执行（就像直接函数调用）。
Qt::QueuedConnection：槽函数的调用被转换为一个事件，放入接收者所在线程的事件队列。接收者线程的事件循环稍后会从队列中取出并执行该槽函数。这是跨线程通信最安全、最常用的方式！
Qt::BlockingQueuedConnection：类似 QueuedConnection，但发送者线程会阻塞，直到接收者线程的槽函数执行完毕。慎用！容易死锁。确保接收者线程能及时处理事件。
Qt::UniqueConnection：可以与上述类型组合使用 (AutoConnection | UniqueConnection)，确保相同的信号和槽之间只有一个连接。

跨线程信号槽参数传递：参数类型必须是 Qt 元对象系统已知的类型（ 使用qRegisterMetaType() 注册自定义类型）。对于 QueuedConnection 和 BlockingQueuedConnection，参数会被复制传递。

二、创建和管理线程

1.使用 QThread 的两种主要模式：
使用 QThread 的两种主要模式：
1.1 子类化 QThread (传统方式)：
(1)继承 QThread。
(2)重写 run() 方法，将需要在线程中执行的代码放入其中。
(3)创建子类实例，调用 start()。
局限： run() 是唯一入口，难以处理多个任务或利用事件循环。对象本身（this）仍留在原线程（通常是主线程）。
在QThread子类的构造函数中创建的对象，其线程亲和性是创建该QThread对象的线程（通常是主线程），而不是新线程。这会导致在该对象上使用定时器、信号槽等出现问题。正确的方式是在run()函数中创建这些对象，这样它们的线程亲和性才是新线程。但这样又使得对象创建在run()函数内部，难以从外部管理。线程结束时要清理run()中创建的对象，需要自己管理，容易出错。

1.2 Worker 对象 + moveToThread (推荐方式)：
(1)创建一个普通的 QObject 子类（Worker 对象），它包含需要通过槽函数执行的任务。
(2)创建一个 QThread 实例。
(3)创建 Worker 对象实例（此时它在创建者线程，通常是主线程）。
(4)调用 workerObject->moveToThread(workerThread)。关键步骤！
(5)连接 Worker 对象的信号和槽（通常使用 QueuedConnection，但 AutoConnection 在 moveToThread 后通常也能正确处理）。
(6)启动线程 workerThread->start()。这会启动线程的事件循环。
(7)通过信号触发 Worker 对象的槽函数执行任务。任务将在新线程中执行。
(8).请求线程退出：workerThread->quit() 或 workerThread->requestInterruption()（更安全）。
(9)连接 workerThread->finished() 信号到 workerThread->deleteLater() 和 workerObject->deleteLater() 进行自动清理。

//主线程中创建：QThread 实例和worker 对象
Worker* worker = new Worker(); 
QThread* thread = new QThread(this);
worker->moveToThread(thread );
//现在worker属于新线程
thread->start(); // 内部调用exec()启动事件循环
//通过信号槽提交任务
QObject::connect(this, &Controller::startTask, worker, &Worker::doWork);
// 线程结束时自动清理，不然手动在析构函数中delect worker也可以
connect(thread, &QThread::finished, worker, &QObject::deleteLater);
/*因为worker有指定父对象所有这儿不用删除了
connect(thread, &QThread::finished, thread, &QObject::deleteLater); */// 在子线程执行耗时操作    
void Worker::doWork() {............
}

在这里插入图片描述
关键原则：谁创建谁删除，跨线程对象使用 deleteLater

在这里插入图片描述

新旧方式的对比
在这里插入图片描述

在 Worker 对象中不要做：
创建 QWidget 或其子类（GUI 对象必须在 GUI 线程创建）。
直接操作 GUI（通过信号通知 GUI 线程更新）。
优点：更符合 Qt 对象模型，可以利用事件循环处理多个任务（定时器、网络等），更灵活，资源管理更清晰。

2.线程池 (QThreadPool 和 QtConcurrent)
QThreadPool：管理一组可重用的线程。用于执行 QRunnable 任务。
QRunnable: 定义需要执行的任务（重写 run() 方法）。
QThreadPool::globalInstance(): 获取全局线程池实例。
QThreadPool::start(QRunnable *task, int priority = 0): 提交任务到线程池。
优点：避免频繁创建销毁线程的开销，控制最大并发数。

QtConcurrent 命名空间：提供高级 API 简化并行计算，底层通常使用 QThreadPool。
run(Function function, …): 在单独线程中运行函数。
map(), mapped(), filtered(), reduce() 等：对容器进行并行操作。
QFuture, QFutureWatcher: 用于监控异步计算的结果和状态。
优点：代码简洁，易于使用，适合数据并行任务。