【Qt】线程池与全局信号实现异步协作

Qt线程池与全局信号实现异步协作

利用Qt的线程池并发执行任务，通过全局信号跨线程传递结果，配合事件循环阻塞等待，实现了多任务并行处理与主线程同步收尾

一、使用流程

1. 初始化基础组件
   • 创建QCoreApplication实例（Qt 程序入口，提供事件循环核心）。
   • 定义GlobalSignal单例（全局信号载体，跨线程传递结果）。
2. 准备结果存储与同步机制
   • QVariant result1/2/3：通用类型容器，存储不同任务的结果（支持任意数据类型，如字符串、自定义对象）。
   • QMutex mutex：保护共享结果变量，避免多线程同时写入导致的数据混乱（线程安全核心）。
   • finishedCount计数器：记录已完成的任务数，用于判断是否所有任务都执行完毕。
3. 创建事件循环等待机制
   • QEventLoop loop：局部事件循环，让主线程在任务执行期间阻塞等待（而非直接退出），直到所有任务完成后通过loop.quit()退出。
4. 连接全局信号与结果收集逻辑
   • 主线程连接GlobalSignal::resultReady信号，通过taskType（0/1/2）区分不同任务的结果，存入对应result变量。
   • 每次接收结果后，finishedCount递增，当等于总任务数（3）时，触发loop.quit()，结束等待。
5. 提交任务到线程池
   • 通过QThreadPool::globalInstance()获取全局线程池，设置最大线程数（3）控制并发量。
   • 用wrapRunnable将 lambda 函数包装为QRunnable任务（自动销毁autoDelete(true)），通过pool->start()提交：
     • 任务内部模拟耗时操作（QThread::msleep），生成结果。
     • 通过QMetaObject::invokeMethod在主线程发射resultReady信号（Qt::QueuedConnection确保跨线程安全），传递结果和任务类型。
6. 等待任务完成并处理结果
   • loop.exec()启动事件循环，主线程阻塞等待所有任务完成。
   • pool->waitForDone()确保线程池内所有任务彻底结束（避免残留线程）。
   • 打印所有结果，完成流程。

二、原理与知识点凝练

1. Qt 线程池（QThreadPool）
   • 作用：管理线程生命周期，避免频繁创建 / 销毁线程的开销，自动调度线程执行QRunnable任务。
   • 关键方法：start(QRunnable*)提交任务、setMaxThreadCount(int)控制最大并发数、waitForDone()阻塞等待所有任务完成。
2. 任务封装（QRunnable与 lambda）
   • QRunnable是线程池任务的基类，通过重写run()定义任务逻辑。
   • wrapRunnable将 lambda 函数包装为QRunnable子类，简化任务定义（无需手动创建子类）。
   • setAutoDelete(true)：任务执行后自动销毁，避免内存泄漏（核心机制）。
3. 跨线程通信（全局信号 +QMetaObject::invokeMethod）
   • 全局信号单例GlobalSignal：统一信号源，避免每个任务单独定义信号，简化多任务结果传递。
   • QMetaObject::invokeMethod：确保信号在主线程发射（Qt::QueuedConnection），解决跨线程信号槽的线程安全问题（Qt 信号槽跨线程默认通过事件队列传递，自动处理线程切换）。
4. 线程安全（QMutex）
   • 多线程同时写入共享结果变量（result1/2/3）时，QMutex通过互斥锁保证同一时间只有一个线程修改数据，避免竞态条件。
5. 阻塞等待（QEventLoop）
   • 主线程需要等待异步任务完成后再处理结果，QEventLoop提供局部事件循环，通过exec()阻塞、quit()唤醒，实现 “等待但不冻结应用” 的效果（适合需要同步等待异步结果的场景）。
6. 通用结果存储（QVariant）
   • 可存储任意 Qt 支持的类型（字符串、数字、自定义对象等），无需为不同任务结果定义特定变量类型，提升代码通用性。

通过 “线程池调度任务 + 全局信号传递结果 + 事件循环等待 + 互斥锁保安全” 的组合，实现了多任务并行执行与结果收集的核心需求。核心亮点是利用 Qt 的信号槽机制和事件循环，优雅解决了跨线程通信和同步等待问题，同时通过 lambda 和QVariant简化了代码实现。

#include <QCoreApplication>
#include <QThreadPool>
#include <QRunnable>
#include <QEventLoop>
#include <QMutex>
#include <QDebug>
#include <QVariant>// 1. 全局信号载体（单例）：用于跨线程传递结果
class GlobalSignal : public QObject {Q_OBJECT
public:static GlobalSignal* instance() {static GlobalSignal ins;return &ins;}
signals:// 信号：taskType区分任务类型，result传递结果（通用类型QVariant）void resultReady(int taskType, const QVariant& result);
};// 2. 任务包装器：将lambda转换为QRunnable
auto wrapRunnable = [](std::function<void()> func) {class LambdaRunnable : public QRunnable {public:LambdaRunnable(std::function<void()> f) : func(f) {setAutoDelete(true); // 任务执行后自动销毁}void run() override { func(); } // 执行任务逻辑private:std::function<void()> func;};return new LambdaRunnable(func);
};int main(int argc, char *argv[]) {QCoreApplication a(argc, argv);// 3. 准备接收结果的变量（根据任务类型定义）QVariant result1, result2, result3; // 用QVariant存储任意类型结果QMutex mutex; // 保护结果变量的线程安全int finishedCount = 0; // 任务完成计数器const int totalTasks = 3; // 总任务数// 4. 事件循环：等待所有任务完成QEventLoop loop;// 5. 连接全局信号，收集结果QObject::connect(GlobalSignal::instance(), &GlobalSignal::resultReady,[&](int taskType, const QVariant& result) {QMutexLocker locker(&mutex); // 加锁保护共享变量// 根据任务类型存储结果switch (taskType) {case 0: result1 = result; break;case 1: result2 = result; break;case 2: result3 = result; break;}// 所有任务完成后退出事件循环if (++finishedCount == totalTasks) {loop.quit();}});// 6. 获取线程池实例QThreadPool* pool = QThreadPool::globalInstance();pool->setMaxThreadCount(3); // 设置最大线程数// 7. 提交任务1：模拟任务（如查询1）pool->start(wrapRunnable([=]() {// 模拟耗时操作（如数据库查询）QThread::msleep(1000);QVariant result("任务1结果"); // 实际场景替换为真实结果// 发送结果到主线程（通过全局信号）QMetaObject::invokeMethod(GlobalSignal::instance(), [=]() {emit GlobalSignal::instance()->resultReady(0, result);}, Qt::QueuedConnection);}));// 8. 提交任务2：模拟任务（如查询2）pool->start(wrapRunnable([=]() {QThread::msleep(800);QVariant result("任务2结果");QMetaObject::invokeMethod(GlobalSignal::instance(), [=]() {emit GlobalSignal::instance()->resultReady(1, result);}, Qt::QueuedConnection);}));// 9. 提交任务3：模拟任务（如查询3）pool->start(wrapRunnable([=]() {QThread::msleep(1200);QVariant result("任务3结果");QMetaObject::invokeMethod(GlobalSignal::instance(), [=]() {emit GlobalSignal::instance()->resultReady(2, result);}, Qt::QueuedConnection);}));// 10. 等待所有任务完成loop.exec(); // 阻塞等待事件循环退出pool->waitForDone(); // 确保线程池所有任务结束// 11. 处理结果qDebug() << "最终结果：";qDebug() << "任务1：" << result1.toString();qDebug() << "任务2：" << result2.toString();qDebug() << "任务3：" << result3.toString();return a.exec();
}