Qt5实战第七篇：Qt5多线程编程

原创

china马斯克

发布于 2024-12-31 08:01:44

2030

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多线程编程是现代应用开发中不可或缺的一部分，尤其在处理复杂任务或需要提高程序响应速度时，多线程显得尤为重要。Qt5提供了一套强大的多线程支持，通过QThread类及其相关类，开发者可以方便地实现多线程功能。

一、线程基础

1.GUI线程与工作线程

每个Qt程序启动后，拥有的第一个线程称为主线程，也叫GUI线程。Qt中的所有组件类和几个相关类只能工作在GUI线程中，不能工作在次线程（工作线程）中。工作线程主要负责处理GUI线程卸下的工作。
每个线程都有自己的栈，因此每个线程都有自己的调用历史和本地变量。线程共享相同的地址空间。

2.Qt对线程的支持

Qt通过三种形式提供了对线程的支持：平台无关的线程类、线程安全的事件投递、跨线程的信号-槽连接。
主要的Qt线程类包括：
- QThread：提供了跨平台的多线程解决方案。
- QThreadStorage：提供逐线程数据存储。
- QMutex：提供相互排斥的锁，或互斥量。
- QMutexLocker：一个辅助类，自动对QMutex加锁与解锁。
- QReadWriterLock：提供一个可以同时读操作的锁。
- QReadLocker与QWriteLocker：自动对QReadWriteLock加锁与解锁。
- QWaitCondition：提供了一种方法，使得线程可以在被另外线程唤醒之前一直休眠。

二、QThread的使用

1.QThread的创建与启动

创建一个类继承QThread，并重写run函数。
通过调用start函数启动线程，线程执行时会调用run函数。
示例代码：

#include <QThread>
#include <QDebug>
 
class MyThread : public QThread {
public:
    void run() override {
        qDebug() << "Running in background thread";
    }
};
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);
    MyThread thread;
    thread.start();
    qDebug() << "Running in main thread";
    return a.exec();
}

2.线程的终止与销毁

可以通过调用terminate函数强制终止线程，但这种方式不保证数据完整性和资源释放。
使用wait函数可以阻塞调用的线程，直到其他线程执行完毕。
动态分配的线程对象需要在合适的时候调用deleteLater销毁，防止内存泄漏。

3.线程间的通信

Qt的信号-槽机制支持跨线程通信。
可以使用信号在一个线程中发射，在另一个线程中接收并处理。

三、线程同步

QMutex

QMutex用于保护共享资源，防止多个线程同时访问导致数据竞争。
示例代码：

#include <QCoreApplication>
#include <QThread>
#include <QDebug>
#include <QMutex>
 
QMutex mutex;
int sharedData = 0;
 
class MyThread : public QThread {
public:
    void run() override {
        mutex.lock();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            sharedData++;
        }
        mutex.unlock();
    }
};
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);
    MyThread thread1;
    MyThread thread2;
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.wait();
    thread2.wait();
    qDebug() << "sharedData: " << sharedData;
    return a.exec();
}

QSemaphore

QSemaphore允许指定一个资源的数量，线程可以通过获取和释放信号量来控制对资源的访问。
示例代码：

#include <QCoreApplication>
#include <QThread>
#include <QDebug>
#include <QSemaphore>
 
QSemaphore semaphore(1);
int sharedData = 0;
 
class MyThread : public QThread {
public:
    void run() override {
        semaphore.acquire();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            sharedData++;
        }
        semaphore.release();
    }
};
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);
    MyThread thread1;
    MyThread thread2;
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.wait();
    thread2.wait();
    qDebug() << "sharedData: " << sharedData;
    return a.exec();
}

QWaitCondition

QWaitCondition提供了一个条件变量，可以让线程在某个条件满足时等待，并在条件满足时被唤醒。
示例代码：

#include <QCoreApplication>
#include <QThread>
#include <QDebug>
#include <QWaitCondition>
#include <QMutex>
 
QWaitCondition condition;
QMutex mutex;
bool ready = false;
 
class MyThread : public QThread {
public:
    void run() override {
        mutex.lock();
        while (!ready) {
            condition.wait(&mutex);
        }
        qDebug() << "Thread is running";
        mutex.unlock();
    }
};
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);
    MyThread thread;
    thread.start();
 
    QThread::sleep(2); // Simulate some work in the main thread
    mutex.lock();
    ready = true;
    condition.wakeAll();
    mutex.unlock();
 
    thread.wait();
    return a.exec();
}

四、示例：使用QThread实现耗时操作

设计思路

创建一个工作线程类WorkThread，继承自QThread，并重写run函数，在其中执行耗时操作。
在主线程中创建并启动工作线程，通过信号-槽机制在主线程中接收工作线程的状态变化。

代码实现

#include <QCoreApplication>
#include <QThread>
#include <QDebug>
#include <QObject>
 
class WorkThread : public QThread {
    Q_OBJECT
public:
    void run() override {
        qDebug() << "WorkThread started";
        // Simulate a time-consuming operation
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            // Do nothing, just waste time
        }
        qDebug() << "WorkThread finished";
        emit workFinished();
    }
 
signals:
    void workFinished();
};
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);
 
    WorkThread workThread;
    QObject::connect(&workThread, &WorkThread::workFinished, &QCoreApplication::quit);
 
    workThread.start();
 
    int ret = a.exec();
    qDebug() << "Main thread finished with return code:" << ret;
    return ret;
}
 
#include "main.moc"

在这个示例中，WorkThread类继承自QThread，并重写了run函数来执行耗时操作。主线程中创建并启动了工作线程，并通过信号-槽机制在工作线程完成时退出主事件循环。

五、总结

多线程编程在提高程序响应速度和处理复杂任务时非常有用，但也需要小心处理线程间的同步和通信问题。Qt5提供了一套强大的多线程支持，通过QThread类及其相关类，开发者可以方便地实现多线程功能。希望这篇教程能帮助大家更好地理解和使用Qt5的多线程编程。

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

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