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实现思路

1. QThread 类简介：
   • QThread 是 Qt 中用于多线程编程的基础类。可以通过继承 QThread 并重写 run() 方法来创建自定义的线程逻辑。
   • 新线程的执行从 run() 开始，调用 start() 方法启动线程。
2. 掷骰子的多线程应用程序：
   • 创建一个 DiceThread 类继承自 QThread，在 run() 方法中模拟掷骰子操作，并通过信号将结果发送出去。
3. 线程同步：
   • 线程同步的概念：确保多个线程之间协调操作，避免数据竞争和不一致性。
   • 基于互斥量的线程同步：使用 QMutex 确保在同一时间只有一个线程可以访问共享资源。
   • 基于读写锁的线程同步：使用 QReadWriteLock，允许多个读线程同时访问资源，但写线程独占资源。
   • 基于条件等待的线程同步：使用 QWaitCondition 与 QMutex 结合，允许线程等待某个条件满足。
   • 基于信号量的线程同步：使用 QSemaphore 控制对资源的访问数量。

代码示例

1. QThread 类简介和掷骰子的多线程应用程序

#include <QtWidgets/QApplication>
#include <QtCore/QThread>
#include <QtCore/QRandomGenerator>
#include <QtCore/QDebug>
#include <QtCore/QMutex>
#include <QtCore/QReadWriteLock>
#include <QtCore/QWaitCondition>
#include <QtCore/QSemaphore>class DiceThread : public QThread {Q_OBJECT
signals:void resultReady(int result);protected:void run() override {while (!isInterruptionRequested()) {int diceValue = QRandomGenerator::global()->bounded(1, 7);emit resultReady(diceValue);msleep(1000);}}
};int main(int argc, char *argv[]) {QApplication app(argc, argv);DiceThread diceThread;QObject::connect(&diceThread, &DiceThread::resultReady, [](int result) {qDebug() << "Dice result: " << result;});diceThread.start();// 运行一段时间后停止线程QThread::sleep(10);diceThread.requestInterruption();diceThread.wait();return app.exec();
}#include "main.moc"

2. 基于互斥量的线程同步

#include <QtWidgets/QApplication>
#include <QtCore/QThread>
#include <QtCore/QRandomGenerator>
#include <QtCore/QDebug>
#include <QtCore/QMutex>class SharedData {
public:int value = 0;QMutex mutex;
};class IncrementThread : public QThread {
public:IncrementThread(SharedData *data) : data(data) {}protected:void run() override {for (int i = 0; i < 1000; ++i) {data->mutex.lock();++data->value;data->mutex.unlock();msleep(1);}}private:SharedData *data;
};int main(int argc, char *argv[]) {QApplication app(argc, argv);SharedData sharedData;IncrementThread thread1(&sharedData);IncrementThread thread2(&sharedData);thread1.start();thread2.start();thread1.wait();thread2.wait();qDebug() << "Final value: " << sharedData.value;return app.exec();
}#include "main.moc"

3. 基于读写锁的线程同步

#include <QtWidgets/QApplication>
#include <QtCore/QThread>
#include <QtCore/QRandomGenerator>
#include <QtCore/QDebug>
#include <QtCore/QReadWriteLock>class SharedData {
public:int value = 0;QReadWriteLock lock;
};class ReadThread : public QThread {
public:ReadThread(SharedData *data) : data(data) {}protected:void run() override {for (int i = 0; i < 1000; ++i) {data->lock.lockForRead();qDebug() << "Read value: " << data->value;data->lock.unlock();msleep(1);}}private:SharedData *data;
};class WriteThread : public QThread {
public:WriteThread(SharedData *data) : data(data) {}protected:void run() override {for (int i = 0; i < 100; ++i) {data->lock.lockForWrite();++data->value;data->lock.unlock();msleep(10);}}private:SharedData *data;
};int main(int argc, char *argv[]) {QApplication app(argc, argv);SharedData sharedData;ReadThread reader1(&sharedData);ReadThread reader2(&sharedData);WriteThread writer(&sharedData);reader1.start();reader2.start();writer.start();reader1.wait();reader2.wait();writer.wait();qDebug() << "Final value: " << sharedData.value;return app.exec();
}#include "main.moc"

4. 基于条件等待的线程同步

#include <QtWidgets/QApplication>
#include <QtCore/QThread>
#include <QtCore/QRandomGenerator>
#include <QtCore/QDebug>
#include <QtCore/QMutex>
#include <QtCore/QWaitCondition>class SharedData {
public:int value = 0;QMutex mutex;QWaitCondition condition;bool ready = false;
};class ProducerThread : public QThread {
public:ProducerThread(SharedData *data) : data(data) {}protected:void run() override {QRandomGenerator gen;for (int i = 0; i < 10; ++i) {QThread::msleep(1000);data->mutex.lock();data->value = gen.bounded(1, 100);data->ready = true;data->condition.wakeOne();data->mutex.unlock();}}private:SharedData *data;
};class ConsumerThread : public QThread {
public:ConsumerThread(SharedData *data) : data(data) {}protected:void run() override {while (true) {data->mutex.lock();if (!data->ready) {data->condition.wait(&data->mutex);}qDebug() << "Consumed value: " << data->value;data->ready = false;data->mutex.unlock();}}private:SharedData *data;
};int main(int argc, char *argv[]) {QApplication app(argc, argv);SharedData sharedData;ProducerThread producer(&sharedData);ConsumerThread consumer(&sharedData);consumer.start();producer.start();return app.exec();
}#include "main.moc"

5. 基于信号量的线程同步

#include <QtWidgets/QApplication>
#include <QtCore/QThread>
#include <QtCore/QRandomGenerator>
#include <QtCore/QDebug>
#include <QtCore/QSemaphore>class SharedResource {
public:QSemaphore semaphore;void useResource() {semaphore.acquire();qDebug() << "Using resource...";QThread::msleep(100);semaphore.release();}
};class UserThread : public QThread {
public:UserThread(SharedResource *resource) : resource(resource) {}protected:void run() override {for (int i = 0; i < 10; ++i) {resource->useResource();}}private:SharedResource *resource;
};int main(int argc, char *argv[]) {QApplication app(argc, argv);SharedResource resource;resource.semaphore.release(3);UserThread thread1(&resource);UserThread thread2(&resource);UserThread thread3(&resource);thread1.start();thread2.start();thread3.start();thread1.wait();thread2.wait();thread3.wait();return app.exec();
}#include "main.moc"

代码解释

1. QThread 类简介和掷骰子的多线程应用程序

• DiceThread 类：
  • 继承 QThread 并在 run() 中模拟掷骰子操作，使用 QRandomGenerator 生成 1 到 6 的随机数。
  • 通过 resultReady 信号将结果发送出去，在主线程中连接该信号并打印结果。

2. 基于互斥量的线程同步

• SharedData 类：
  • 包含一个 value 变量和 QMutex。
• IncrementThread 类：
  • 每次循环对 value 加 1 前先加锁，加 1 后解锁，确保同一时间只有一个线程修改 value。

3. 基于读写锁的线程同步

• SharedData 类：
  • 包含一个 value 变量和 QReadWriteLock。
• ReadThread 类：
  • 读线程使用 lockForRead() 锁定，读取 value 后解锁。
• WriteThread 类：
  • 写线程使用 lockForWrite() 锁定，修改 value 后解锁，写线程独占资源，读线程可同时读。

4. 基于条件等待的线程同步

• SharedData 类：
  • 包含 value、QMutex、QWaitCondition 和 ready 标志。
• ProducerThread 类：
  • 生产者线程生成数据，使用 wakeOne() 唤醒等待的消费者。
• ConsumerThread 类：
  • 消费者线程等待 ready 标志，使用 wait() 等待，一旦有数据可用，打印并重置 ready。

5. 基于信号量的线程同步

• SharedResource 类：
  • 包含 QSemaphore，初始释放 3 个资源。
• UserThread 类：
  • 每次使用资源前先 acquire() 资源，使用后 release() 资源，确保最多 3 个线程同时使用资源。

使用说明

• 对于每个示例，将代码保存为 main.cpp 文件。
• 确保 .pro 文件包含 QT += core widgets 以及 CONFIG += c++11。
• 编译并运行程序，观察不同线程同步机制的效果。