【Qt】Qt的线程（两种QThread类的详细使用方式）「建议收藏」

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

Qt提供QThread类以进行多任务处理。与多任务处理一样，Qt提供的线程可以做到单个线程做不到的事情。例如，网络应用程序中，可以使用线程处理多种连接器。

QThread继承自QObject类，且提供QMutex类以实现同步。线程和进程共享全局变量，可以使用互斥体对改变后的全局变量值实现同步。因此，必须编辑全局数据时，使用互斥体实现同步，其它进程则不能改变或浏览全局变量值。

什么是互斥体？

互斥体实现了“互相排斥”（mutual exclusion）同步的简单形式（所以名为互斥体（mutex））。互斥体禁止多个线程同时进入受保护的代码“临界区”（critical section）。

在任意时刻，只有一个线程被允许进入代码保护区。任何线程在进入临界区之前，必须获取（acquire）与此区域相关联的互斥体的所有权。如果已有另一线程拥有了临界区的互斥体，其他线程就不能再进入其中。这些线程必须等待，直到当前的属主线程释放（release）该互斥体。

什么时候需要使用互斥体呢？

互斥体用于保护共享的易变代码，也就是，全局或静态数据。这样的数据必须通过互斥体进行保护，以防止它们在多个线程同时访问时损坏。

Qt线程基础

QThread的创建和启动

class MyThread : public QThread
{
    Q_OBJECT
protected:
    void run();
};

void MyThread :: run(){
    ...
}

如上述代码所示，如果要创建线程，则必须继承QThread类。MyThread使用成员函数run()才会实现线程。

Qt提供的线程类

同步QThread的类

为了同步线程，Qt提供了QMutex、QReadWriteLock、QSemaphore和QWaitCondition类。主线程等待与其他线程的中断时，必须进行同步。例如：两个线程同时访问共享变量，那么可能得不到预想的结果。因此，两个线程访问共享变量时，必须进行同步。

1. 一个线程访问指定的共享变量时，为了禁止其他线程访问，QMutex提供了类似锁定装置的功能。互斥体激活状态下，线程不能同时访问共享变量，必须在先访问的线程完成访问后，其他线程才可以继续访问。
2. 一个线程访问互斥体锁定的共享变量期间，如果其他线程也访问此共享变量，那么该线程将会一直处于休眠状态，直到正在访问的线程结束访问。这称为线程安全。
3. QReadWriteLock和QMutex的功能相同，区别在于，QReadWriteLock对数据的访问分为读访问和写访问。很多线程频繁访问共享变量时，与QMetex相对，使用QReadWriteLock更合适。
4. QSemaphore拥有和QMutex一样的同步功能，可以管理多个按数字识别的资源。QMutex只能管理一个资源，但如果使用QSemaphore，则可以管理多个按号码识别的资源。
5. 条件符合时，QWaitCondition允许唤醒线程。例如，多个线程中某个线程被阻塞时，通过QWaitCondition提供的函数wakeOne()和wakeAll()可以唤醒该线程。

可重入性与线程安全

• 可重入性：两个以上线程并行访问时，即使不按照调用顺序重叠运行代码，也必须保证结果；
• 线程安全：线程并行运行的情况下，虽然保证可以使程序正常运行，但访问静态空间或共享（堆等内存对象）对象时，要使用互斥体等机制保证结果。

一个线程安全的函数不一定是可重入的；一个可重入的函数缺也不一定是线程安全的！

可重入函数主要用于多任务环境中，一个可重入的函数简单来说就是可以被中断的函数，也就是说，可以在这个函数执行的任何时刻中断它，转入OS调度下去执行另外一段代码，而返回控制时不会出现什么错误；而不可重入的函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量区，中断向量表等，所以它如果被中断的话，可能会出现问题，这类函数是不能运行在多任务环境下的。

编写可重入函数时，若使用全局变量，则应通过关中断、信号量（即P、V操作）等手段对其加以保护。若对所使用的全局变量不加以保护，则此函数就不具有可重入性，即当多个线程调用此函数时，很有可能使有关全局变量变为不可知状态。

满足下列条件的函数多数是不可重入的：

• 函数体内使用了静态的数据结构和全局变量，若必须访问全局变量，利用互斥信号量来保护全局变量；；
• 函数体内调用了malloc()或者free()函数；
• 函数体内调用了标准I/O函数。

常见的不可重入函数有：

• printf ——–引用全局变量stdout
• malloc ——–全局内存分配表
• free    ——–全局内存分配表

也就是说：本质上，可重入性与C++类或者没有全局静态变量的函数相似，由于只能访问自身所有的数据变量区域，所以即使有两个以上线程访问，也可以保证安全性。

QThread和QObjects

QThread类继承自QObjects类。因此，线程开始或结束时，QThread类发生发送信号事件。信号与槽的功能是QThread类从QObject类继承的，可以通过信号与槽处理开始或结束等操作，所以可以实现多线程。QObject是基于QTimer、QTcpSocket、QUdpSocket和QProcess之类的非图形用户界面的子类。

基于非图形用户界面的子类可以无线程操作。单一类运行某功能时，可以不需要线程。但是，运行单一类的目标程序的上级功能时，则必须通过线程实现。

线程A和线程B没有结束的情况下，应设计使主线程时间循环不结束；而若线程A迟迟不结束而导致主线程循环也迟迟不能结束，故也要防止线程A没有在一定时间内结束。

处理QThread的信号和槽的类型

Qt提供了可以决定信号与槽类型的枚举类，以在线程环境中适当处理事物。

使用QtConcurrent类的并行编程

QtConcurrent类提供多线程功能，不使用互斥体、读写锁、等待条件和信号量等低级线程。使用QtConcurrent创建的程序会根据进程数自行调整使用的线程数。

QThread类

简述

QThread类提供了与系统无关的线程。

QThread代表在程序中一个单独的线程控制。线程在run()中开始执行，默认情况下，run()通过调用exec()启动事件循环并在线程里运行一个Qt的事件循环。

详细描述

QThread类可以不受平台影响而实现线程。QThread提供在程序中可以控制和管理线程的多种成员函数和信号/槽。通过QThread类的成员函数start()启动线程。

QThread通过信号函数started()和finished()通知开始和结束，并查看线程状态；可以使用isFinished()和isRunning()来查询线程的状态；使用函数exit()和quit()可以结束线程。

如果使用多线程，有时需要等到所有线程终止。此时，使用函数wait()即可。线程中，使用成员函数sleep()、msleep()和usleep()可以暂停秒、毫秒及微秒单位的线程。

一般情况下，wait()和sleep()函数应该不需要，因为Qt是一个事件驱动型框架。考虑监听finished()信号来取代wait()，使用QTimer来取代sleep()。

静态函数currentThreadId()和currentThread()返回标识当前正在执行的线程。前者返回该线程平台特定的ID，后者返回一个线程指针。

要设置线程的名称，可以在启动线程之前调用setObjectName()。如果不调用setObjectName()，线程的名称将是线程对象的运行时类型（QThread子类的类名）。

线程管理

可以将常用的接口按照功能进行以下分类：

线程启动

void start(Priority priority = InheritPriority) [slot] 

调用后会执行run()函数，但在run()函数执行前会发射信号started()，操作系统将根据优先级参数调度线程。如果线程已经在运行，那么这个函数什么也不做。优先级参数的效果取决于操作系统的调度策略。特别是那些不支持线程优先级的系统优先级将会被忽略（例如在Linux中，更多细节请参考http://linux.die.net/man/2/sched_setscheduler）。

线程执行

int exec() [protected] 

进入事件循环并等待直到调用exit()，返回值是通过调用exit()来获得，如果调用成功则范围0。

void run() [virtual protected] 

线程的起点，在调用start()之后，新创建的线程就会调用这个函数，默认实现调用exec()，大多数需要重新实现这个函数，便于管理自己的线程。该方法返回时，该线程的执行将结束。

线程退出

void quit() [slot] 

告诉线程事件循环退出，返回0表示成功，相当于调用了QThread::exit(0)。

void exit(int returnCode = 0) 

告诉线程事件循环退出。 调用这个函数后，线程离开事件循环后返回，QEventLoop::exec()返回returnCode，按照惯例，0表示成功；任何非0值表示失败。

void terminate() [slot] 

终止线程，线程可能会立即被终止也可能不会，这取决于操作系统的调度策略，使用terminate()之后再使用QThread::wait()，以确保万无一失。当线程被终止后，所有等待中的线程将会被唤醒。 

警告：此函数比较危险，不鼓励使用。线程可以在代码执行的任何点被终止。线程可能在更新数据时被终止，从而没有机会来清理自己，解锁等等。。。总之，只有在绝对必要时使用此函数。

void requestInterruption() 

请求线程的中断。该请求是咨询意见并且取决于线程上运行的代码，来决定是否及如何执行这样的请求。此函数不停止线程上运行的任何事件循环，并且在任何情况下都不会终止它。

线程等待

void msleep(unsigned long msecs) [static]     //强制当前线程睡眠msecs毫秒

void sleep(unsigned long secs) [static]     //强制当前线程睡眠secs秒

void usleep(unsigned long usecs) [static]     //强制当前线程睡眠usecs微秒

bool wait(unsigned long time = ULONG_MAX)     //线程将会被阻塞，等待time毫秒。和sleep不同的是，如果线程退出，wait会返回。

线程状态

bool isFinished() const     //线程是否结束

bool isRunning() const     //线程是否正在运行

bool isInterruptionRequested() const     //如果线程上的任务运行应该停止，返回true。可以使用requestInterruption()请求中断。 

//此函数可用于使长时间运行的任务干净地中断。从不检查或作用于该函数返回值是安全的，但是建议在长时间运行的函数中经常这样做。注意：不要过于频繁调用，以保持较低的开销。

线程优先级

void setPriority(Priority priority) 

设置正在运行线程的优先级。如果线程没有运行，此函数不执行任何操作并立即返回。使用的start()来启动一个线程具有特定的优先级。优先级参数可以是QThread::Priority枚举除InheritPriortyd的任何值。

QThread类使用方式

QThread的使用方法有如下两种：

• QObject::moveToThread()
• 继承QThread类

QObject::moveToThread

方法描述：

1. 定义一个继承于QObject的worker类，在worker类中定义一个槽slot函数doWork()，这个函数中定义线程需要做的工作；
2. 在要使用线程的controller类中，新建一个QThread的对象和woker类对象，使用moveToThread()方法将worker对象的事件循环全部交由QThread对象处理；
3. 建立相关的信号函数和槽函数进行连接，然后发出信号触发QThread的槽函数，使其执行工作。

例子：

#ifndef WORKER_H
#define WORKER_H
#include <QObject>
#include<QDebug>
#include<QThread>
class Worker:public QObject                    //work定义了线程要执行的工作
{
    Q_OBJECT
public:
    Worker(QObject* parent = nullptr){}
public slots:
    void doWork(int parameter)                        //doWork定义了线程要执行的操作
    {
        qDebug()<<"receive the execute signal---------------------------------";
        qDebug()<<"     current thread ID:"<<QThread::currentThreadId();
       for(int i = 0;i!=1000000;++i)
       {
        ++parameter;
       }
       qDebug()<<"      finish the work and sent the resultReady signal\n";
       emit resultReady(parameter);           //emit啥事也不干，是给程序员看的，表示发出信号发出信号
    }

signals:
    void resultReady(const int result);               //线程完成工作时发送的信号
};

#endif // WORKER_H

#ifndef CONTROLLER_H
#define CONTROLLER_H
#include <QObject>
#include<QThread>
#include<QDebug>
class Controller : public QObject            //controller用于启动线程和处理线程执行结果
{
    Q_OBJECT
    QThread workerThread;
public:
    Controller(QObject *parent= nullptr);
    ~Controller();
public slots:
    void handleResults(const int rslt)                        //处理线程执行的结果
    {
        qDebug()<<"receive the resultReady signal---------------------------------";
        qDebug()<<"     current thread ID:"<<QThread::currentThreadId()<<'\n';
        qDebug()<<"     the last result is:"<<rslt;
    }
signals:
    void operate(const int);                        //发送信号触发线程
};

#endif // CONTROLLER_H

#include "controller.h"
#include <worker.h>
Controller::Controller(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    Worker *worker = new Worker;
    worker->moveToThread(&workerThread);            //调用moveToThread将该任务交给workThread

    connect(this, SIGNAL(operate(const int)), worker, SLOT(doWork(int)));            //operate信号发射后启动线程工作
    connect(&workerThread, &QThread::finished, worker, &QObject::deleteLater);            //该线程结束时销毁
    connect(worker, SIGNAL(resultReady(int)), this, SLOT(handleResults(int)));            //线程结束后发送信号，对结果进行处理

    workerThread.start();                //启动线程
    qDebug()<<"emit the signal to execute!---------------------------------";
    qDebug()<<"     current thread ID:"<<QThread::currentThreadId()<<'\n';
    emit operate(0);
}

Controller::~Controller()        //析构函数中调用quit()函数结束线程
{
    workerThread.quit();
    workerThread.wait();
}

继承QThread类

方法描述

• 自定义一个继承QThread的类MyThread，重载MyThread中的run()函数，在run()函数中写入需要执行的工作；
• 调用start()函数来启动线程。

例子：

#ifndef MYTHREAD_H
#define MYTHREAD_H
#include<QThread>
#include<QDebug>
class MyThread : public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    MyThread(QObject* parent = nullptr);
signals:                //自定义发送的信号
    void myThreadSignal(const int);
public slots:                //自定义槽
    void myThreadSlot(const int);
protected:
    void run() override;
};

#endif // MYTHREAD_H

#include "mythread.h"

MyThread::MyThread(QObject *parent)
{

}

void MyThread::run()
{
    qDebug()<<"myThread run() start to execute";
    qDebug()<<"     current thread ID:"<<QThread::currentThreadId()<<'\n';
    int count = 0;
    for(int i = 0;i!=1000000;++i)
    {
     ++count;
    }
    emit myThreadSignal(count);
    exec();
}

void MyThread::myThreadSlot(const int val)
{
    qDebug()<<"myThreadSlot() start to execute";
    qDebug()<<"     current thread ID:"<<QThread::currentThreadId()<<'\n';
    int count = 888;
    for(int i = 0;i!=1000000;++i)
    {
     ++count;
    }
}

#include "controller.h"
#include <mythread.h>
Controller::Controller(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    myThrd = new MyThread;
    connect(myThrd,&MyThread::myThreadSignal,this,&Controller::handleResults);
    connect(myThrd, &QThread::finished, this, &QObject::deleteLater);            //该线程结束时销毁
    connect(this,&Controller::operate,myThrd,&MyThread::myThreadSlot);

    myThrd->start();
    QThread::sleep(5);
    emit operate(999);
}

Controller::~Controller()
{
    myThrd->quit();
    myThrd->wait();
}

两种方法的比较

两种方法来执行线程都可以，随便你的喜欢。不过看起来第二种更加简单，容易让人理解。不过我们的兴趣在于这两种使用方法到底有什么区别？其最大的区别在于：

• moveToThread方法，是把我们需要的工作全部封装在一个类中，将每个任务定义为一个的槽函数，再建立触发这些槽的信号，然后把信号和槽连接起来，最后将这个类调用moveToThread方法交给一个QThread对象，再调用QThread的start()函数使其全权处理事件循环。于是，任何时候我们需要让线程执行某个任务，只需要发出对应的信号就可以。其优点是我们可以在一个worker类中定义很多个需要做的工作，然后发出触发的信号线程就可以执行。相比于子类化的QThread只能执行run()函数中的任务，moveToThread的方法中一个线程可以做很多不同的工作（只要发出任务的对应的信号即可）。 
• 子类化QThread的方法，就是重写了QThread中的run()函数，在run()函数中定义了需要的工作。这样的结果是，我们自定义的子线程调用start()函数后，便开始执行run()函数。如果在自定义的线程类中定义相关槽函数，那么这些槽函数不会由子类化的QThread自身事件循环所执行，而是由该子线程的拥有者所在线程（一般都是主线程）来执行。如果你不明白的话，请看，第二个例子中，子类化的线程的槽函数中输出当前线程的ID，而这个ID居然是主线程的ID！！事实的确是如此，子类化的QThread只能执行run()函数中的任务直到run()函数退出，而它的槽函数根本不会被自己的线程执行。

QThread的信号与槽

启动或终止线程时，QThread提供了信号与槽。