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wzjs 2025/9/7 7:18:37

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初识Qt多线程

QThread常用API

QThread的使用

Qt中的锁

条件变量和信号量

初识Qt多线程

Qt 多线程和 Linux 中的线程本质是一个东西
Linux 中学过的多线程 APl，Linux 系统提供的 pthread 库
Qt 中针对系统提供的线程 API 重新封装了
C++11 中，也引入了线程 std:thread

Qt API 设计的时候，博采众家之长：

Linux 原生的多线程 API，设计的非常差，使用起来非常不方便的(也是C语言本身的局限性引起的)
实际开发中，很少会使用原生 api
C++ 的 std::thread 要比 Linux 的 API 要好一些
Qt 中的多线程 API，还要更好一点，其实参考了 Java 中的线程库 API 的设计方式

在 Qt 中，多线程的处理一般是通过 QThread类来实现
QThread 代表一个在应用程序中可以独立控制的线程，也可以和进程中的其他线程共享数据
OThread 对象管理程序中的一个控制线程

QThread要想创建线程，就需要创建出这样类的实例
创建线程的时候，需要重点指定线程的入口函数

Qt中，使用方式就是创建一个 QThread 的子类，重写其中的 run 函数，起到指定入口函数的方式(多态)

QThread常用API

QThread的使用

之前基于定时器，写过倒计时这样的程序，也可以通过线程，来完成类似的功能
定时器内部本质上也是可以基于多线程来实现的(Qt 的定时器是否基于多线程，不太清楚)

创建另一个线程，新线程中进行计时(搞一个循环，每循环一次，sleep 1s，sleep 完成，就可以更新界面了)

首先图形化界面的方式拖动一个 LCD Number，初始值设为10：

接下来创建一个类 Thread，继承自 QThread：

由于存在线程安全问题，多个线程同时对于界面的状态进行修改，此时就会导致界面就出错了
Qt 选择了一刀切，针对界面的控件状态进行任何修改，务必在主线程中执行

在 thread.h 中，声明需要重写的 run 函数，再声明一个信号：

run 函数的实现：

接着在 widget.h 中创建一个 Thread 对象 thread，和一个处理信号的槽函数 handle：

Widget 构造函数如下：

槽函数 handle：

此时运行程序，就完成了倒计时的功能：

下面总结一下执行流程：

主线程启动新线程
新线程每隔一秒发送一次信号
主线程收到信号后，调用槽函数修改倒计时的值

Qt中的锁

说起多线程，最需要注意的就是线程安全问题，因为多线程程序太复杂了

而解决线程安全问题，最主要的措施就是加锁

把多个线程要访问的公共资源，通过锁保护起来 => 把并发执行变成串行执行

关于锁，Linux、C++、Qt 都有一套规定：

Linux：mutex 互斥量
C++11 引入 std:.mutex
Qt 同样也提供了对应的锁 QMutex，来针对系统提供的锁进行封装
与 C++ 的 std:.mutex 相差不大，lock 加锁，unlock 解锁

下面演示 Qt 中锁的使用

创建好项目后，同样创建一个新的类 Thread，继承自 QThread：

因为下面想要两个线程对同一个变量进行操作，所以在 Thread 中添加一个静态成员 num，并声明重写的 run 方法：
注意 num 需要类内声明，类外初始化(在 thread.cpp 中初始化：int Thread::num = 0;)

run 方法就是循环5万次，每次给 num++：

下面在 widget.cpp 中编写构造函数的逻辑：

此时打印的结果如下：

并不是我们预期的10万，说明是存在 bug，说明是存在线程安全问题的

所以需要加锁处理，为了让两个线程用同一把锁，就将这个锁设为 static 的：
同样需要在 thread.cpp 中定义：QMutex Thread::mutex;

有了锁 mutex 后，就可以在 run 函数中 num++ 前后进行加锁和解锁操作：

此时再次运行程序，num 的值就是我们期望的10万了：

上面虽然结果正确了，但是这里的锁很容易忘记释放，忘记 unlock

实际开发中，加锁之后涉及到的逻辑可能很复杂，下面很容易就忘记释放锁

在 C++ 中释放动态内存也存在类似的问题，在释放前如果有 return 或抛异常，就会出问题

C++ 在内存这里采用智能指针进行处理，而锁的释放，C++11 引入了 std::lock_guard，就相当于是 std::mutex 的智能指针，也是借助 RAII 机制

所以 std::lock_guard 一般如下所示：

{std::lock_guard(mutex);// 执行各种逻辑
}
大括号执行完毕, guard 变量的生命周期结束,就会在析构的时候,执行 unlock 了

上述方案，Qt也参考过来了，即 QMutexLocker

所以上述的 run 函数改为：

此时每次循环结束，locker 就会自动解锁，每次进入循环又会自动加锁，不会出现忘记解锁，或是有 return 和异常跳过解锁的情况

运行程序，依旧能够执行出正确的结果：

注意：

Qt 的锁和 C++ 标准库中的锁，本质上都是封装的系统提供的锁
编写多线程程序的时候，可以使用 Qt 的锁，也可以使用 C++的锁，C++的锁也是可以锁 Qt 的线程的(虽然混着用也行，一般不建议)

条件变量和信号量

这里的条件变量和信号量，和 Linux 中谈到的条件变量/信号量完全一致

条件变量

多个线程之间的调度是无序的，为了能够一定程度的干预线程之间的执行顺序，引入条件变量

QWaitCondition

wait
wake
wakeAll

要想使用条件变量，首先要进行加锁，因为在 wait 中就会进行释放锁 + 等待
要想释放锁, 前提就是先获取到锁

并且还要搭配 while 循环，判断条件是否成立：

// 判定线程继续执行的条件是否成立，不成立就进行 wait 等待
while(!conditionFullfilled())
{condition.wait(&mutex);//等待条件满足并释放锁
}

这里要使用while 判定而不是 if，是因为：
唤醒之后，需要再确认一下当前条件是否真的成立了，wait 可能被提前唤醒的(可能被信号打断了)

信号量

这里谈到的信号量，其实还可以进行进程之间的控制
当然，也同样可以作为同一个进程内部的线程之间的通信方式

信号量其实就是计数器，描述了可用资源的个数

使用示例：

// 同时允许两个线程访问共享资源
QSemaphore semphore(2);
// 在需要访问共享资源的线程中
semaphore.acquire(); // 尝试获取信号量，若已空则阻塞(P)
// 访问共享资源
....
semaphore.release(); // 释放信号量(V)
// 在另一个线程中进行类似操作