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前言
一、QThread创建多线程
二、QMutex基于互斥量的同步
三、QReadWriteLock线程同步
四、QWaitCondition线程同步
五、QSemaphore基于信号量的同步
前言
本篇记录学习QT多线程的知识，参考视频13.1QThread创建多线程程序_哔哩哔哩。若涉及版权问题，请联系作者删除！
一、QThread创建多线程
1. 使用步骤：
- ①创建的类需要继承QThread类。
- ②重写run函数，新建的线程会执行run函数。
- ③线程开启：对象调用start方法，使线程执行run函数。
- ④线程终止：
- 对象调用terminate方法，提示线程不再执行run函数。
- 对象调用wait方法，等待线程执行完毕。
- ⑤线程销毁：动态申请new需要调用deleteLater方法销毁线程对象。（该函数可以放置于run函数内，当run函数执行完毕后就会销毁该线程对象，防止内存泄漏）注意：尽量少用静态申请栈空间的方式创建线程对象，因为很可能该对象销毁时线程仍在执行，就会报错。
2. 案例演示：创建一个类继承QThread，在重写的run方法中根据是否暂停来随机生成骰子值。
【1】实现效果：
【2】dicethread.h:
#ifndef DICETHREAD_H
#define DICETHREAD_H#include <QThread>class DiceThread : public QThread
{Q_OBJECTpublic:DiceThread();~DiceThread();private:void run() override;signals:void diceGenerate(int diceCount, int diceValue);private slots:void stopDiceThread_slot();void startGenerate_slot();void pauseGenerate_slot();private:int diceCount = 0; //第几次生成骰子int diceValue = 1; //骰子的值bool pauseFlag = true; //暂停生成骰子bool stopFlag = true; //线程结束标志
};#endif // DICETHREAD_H【3】dicethread.cpp:
#include "dicethread.h"
#include <QRandomGenerator>DiceThread::DiceThread()
{}DiceThread::~DiceThread()
{}/* 线程执行函数 */
void DiceThread::run()
{stopFlag = false;while (!stopFlag) {if (!pauseFlag) {diceValue = QRandomGenerator::global()->bounded(1, 7);emit diceGenerate(++diceCount, diceValue);}msleep(500);}
}/* 接收到线程终止信号 */
void DiceThread::stopDiceThread_slot()
{stopFlag = true;
}/* 接收到开始生成信号 */
void DiceThread::startGenerate_slot()
{pauseFlag = false;
}/* 接收到停止生成信号 */
void DiceThread::pauseGenerate_slot()
{pauseFlag = true;
}
【4】widget.h:
#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QWidget>
#include "dicethread.h"QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACEclass Widget : public QWidget
{Q_OBJECTpublic:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();signals:void stopDiceThread(); //线程停止，DiceThread内部修改标志位void startGenerate(); //开始生成，DiceThread内部修改标志位void pauseGenerate(); //暂停生成，DiceThread内部修改标志位private slots:void on_btnStartThread_clicked();void diceGenerate_slot(int, int);//接收DiceThread的骰子信息void on_btnStopThread_clicked();void on_btnDiceBegin_clicked();void on_btnDiceEnd_clicked();void on_btnClearText_clicked();private:Ui::Widget *ui;DiceThread *dice = nullptr;
};
#endif // WIDGET_H【5】widget.cpp:
#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
#include <QString>Widget::Widget(QWidget *parent): QWidget(parent), ui(new Ui::Widget)
{ui->setupUi(this);//设置按钮互斥ui->btnStartThread->setEnabled(true);ui->btnStopThread->setEnabled(false);ui->btnDiceBegin->setEnabled(false);ui->btnDiceEnd->setEnabled(false);
}Widget::~Widget()
{delete ui;
}/* 槽函数：接收diceGenerate信号*/
void Widget::diceGenerate_slot(int diceCount, int diceValue)
{ui->plainTextEdit->appendPlainText("第" + QString::number(diceCount) + "次，生成点数为："+ QString::number(diceValue));
}/* "启动线程"按钮 */
void Widget::on_btnStartThread_clicked()
{//创建DiceThread对象dice = new DiceThread;connect(dice, SIGNAL(diceGenerate(int, int)), this, SLOT(diceGenerate_slot(int, int)));connect(this, SIGNAL(stopDiceThread()), dice, SLOT(stopDiceThread_slot()));connect(this, SIGNAL(startGenerate()), dice, SLOT(startGenerate_slot()));connect(this, SIGNAL(pauseGenerate()), dice, SLOT(pauseGenerate_slot()));//启动线程dice->start();ui->plainTextEdit->appendPlainText("线程已启动");//设置按钮互斥ui->btnStartThread->setEnabled(false);ui->btnStopThread->setEnabled(true);ui->btnDiceBegin->setEnabled(true);ui->btnDiceEnd->setEnabled(false);
}/* "停止线程"按钮 */
void Widget::on_btnStopThread_clicked()
{dice->terminate();dice->wait();dice->deleteLater();ui->plainTextEdit->appendPlainText("线程已停止");emit stopDiceThread();//设置按钮互斥ui->btnStartThread->setEnabled(true);ui->btnStopThread->setEnabled(false);ui->btnDiceBegin->setEnabled(false);ui->btnDiceEnd->setEnabled(false);
}/* "开始"按钮 */
void Widget::on_btnDiceBegin_clicked()
{emit startGenerate();ui->btnDiceBegin->setEnabled(false);ui->btnDiceEnd->setEnabled(true);
}/* "暂停"按钮 */
void Widget::on_btnDiceEnd_clicked()
{emit pauseGenerate();ui->btnDiceBegin->setEnabled(true);ui->btnDiceEnd->setEnabled(false);
}/* "清空"按钮 */
void Widget::on_btnClearText_clicked()
{ui->plainTextEdit->clear();
}二、QMutex基于互斥量的同步
1. 背景：当多个线程同时访问一块内存区域时，就会出现错误，因此需要线程同步。
2. QMutex：在互斥量之前上锁，然后在一个线程使用完互斥量之后解锁。如果一个线程试图向一个已经被其它线程上锁的互斥量上锁的话，这个线程将被阻塞，直到这个互斥量被解锁。
3. 基本使用：
- lock()：上锁
- unlock()：解锁
- tryLock()：尝试上锁，若成功则上锁，不成功则返回false
4. 案例演示：
创建两个线程来同时访问value，通过查看相关调试信息来获取是哪个线程修改了value的值。我们是想让两个线程交叉着访问value。
【1】不加锁的代码：
#ifndef MYTHREAD_H
#define MYTHREAD_H#include <QThread>class MyThread : public QThread
{Q_OBJECTpublic:MyThread();void run() override;void setNum(int *num);private:int *num;
};#endif // MYTHREAD_H
#include "mythread.h"MyThread::MyThread()
{}void MyThread::run()
{while (*num > 0) {(*num)--;qDebug("线程号: %d, value = %d", QThread::currentThreadId(), *num);}
}void MyThread::setNum(int *num)
{this->num = num;
}
#include "widget.h"
#include <QApplication>
#include "mythread.h"int main(int argc, char *argv[])
{int value = 20;MyThread thread1, thread2, thread3;thread1.setNum(&value);thread2.setNum(&value);thread3.setNum(&value);thread1.start();thread2.start();thread3.start();while (1) {}return 0;
}
从运行结果中，我们能够看出value递减打印出现问题，这不是我们想要的。
【2】使用QMutex后：就不会出现上述的问题。
三、QReadWriteLock线程同步
1. 说明：使用互斥量时存在一个问题，每次只能有一个线程获得互斥量的权限。如果多个线程读取某个变量，就会出现排队现象。而实际上，有需求让多个线程同时读取。因此，引入QReadWriteLock实现线程同步。
2. 主要函数：
- lockForRead()：只读方式锁定资源，如果有其他线程以写入方式锁定，这个函数会阻塞。
- lockForWrite()：以写入方式锁定资源，如果其他线程以读或写模式锁定资源，则函数堵塞。
- unlock()：解锁。
- tryLockForRead()：是lockForRead的非阻塞版本。
- tryLockForWrite()：是lockForWrite的非阻塞版本。
四、QWaitCondition线程同步
1. 说明：在著名的“生产者-消费者”模型中，生产者负责制作蛋糕，消费者负责拿走蛋糕。此时，生产者制作蛋糕完成后应该通知消费者，因此引入QWaiteCondition实现线程同步，需要搭配QMutex锁。
2. 常用函数：
- wait(QMutex *lockedMutex)：进入等待状态，解锁互斥量lockedMutex，被唤醒后锁定lockedMutex并退出函数。
- wakeAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，唤醒顺序不确定。
- wakeOne()：唤醒一个处于等待状态的线程，唤醒哪个不确定。
五、QSemaphore基于信号量的同步
1. 说明：信号量和互斥量的区别在于，信号量可以被多个线程同时访问，而互斥量只能被一个线程访问。同时，在“生产者-消费者”模型中，可能会有多个生产者生产蛋糕，生产者最多可以容纳10个蛋糕，然后消费者在蛋糕生产出来后就可以拿走。因此，引入QSemaphore实现基于信号量的线程同步。
2. 注意：
- QSemaphore 类中的信号量实际上是一个计数器，它用于记录能够同时访问某个共享资源的线程数。
3. 常用函数：
- acquire(int n)：尝试获得n个资源，如果不够将堵塞线程，直到n个资源可用。调用后，信号量计数器-1.
- release(int n)：释放资源，如果资源已经全部可用，则可扩充资源总数。调用后，信号量计数器+1.
- int available()：返回当前信号量的资源个数。
- bool tryAcquire(int n=1)：尝试获取n个资源，不成功时，不阻塞线程。