Qt 多執行緒程式設計

qt 多執行緒程式設計

qt通過三種形式提供了對執行緒的支援。它們分別是，一、

平台無關的執行緒類，二、

執行緒安全的事件投遞，三、

跨執行緒的訊號-槽連線。

這使得開發輕巧的多執行緒

qt程式更為容易，並能充分利用多處理器機器的優勢。多執行緒程式設計也是乙個有用的模式，它用於解決執行較長時間的操作而不至於使用者介面失去響應。在

qt的早期版本中，在構建庫時有不選擇執行緒支援的選項，從4.0開始，執行緒總是有效的。

執行緒類

qthread 提供了開始乙個新執行緒的方法

qthreadstorage 提供逐執行緒資料儲存

qmutex 提供相互排斥的鎖，或

互斥量qmutexlocker 是乙個便利類，它可以自動對

qmutex加鎖與解鎖

qreadwriterlock 提供了乙個可以同時讀操作的鎖

qreadlocker與

qwritelocker 是便利類，它自動對

qreadwritelock加鎖與解鎖

qsemaphore 提供了乙個整型訊號量，是

互斥量的泛化

qwaitcondition 提供了一種方法，使得執行緒可以在被另外執行緒喚醒之前一直休眠。

建立乙個執行緒

為建立乙個執行緒，子類化qthread並且重寫它的

run()函式，例如：

class mythread :

public qthread ;

執行緒同步

qmutex, qreadwritelock, qsemaphore, qwaitcondition 提供了執行緒同步的手段。使用執行緒的主要想法是希望它們可以盡可能併發執行，而一些關鍵點上線程之間需要停止或等待。例如，假如兩個執行緒試圖同時訪問同乙個全域性變數，結果可能不如所願。

qmutex 提供相互排斥的鎖，或互斥量。在乙個時刻至多乙個執行緒擁有mutex,假如乙個執行緒試圖訪問已經被鎖定的mutex,那麼它將休眠，直到擁有mutex的執行緒對此mutex解鎖。mutexes常用來保護

共享資料訪問。

qreadwriterlock 與qmutex相似，除了它對 "read","write"訪問進行區別對待。它使得多個讀者可以共時訪問資料。使用qreadwritelock而不是qmutex，可以使得多執行緒程式更具有併發性。

qreadwritelock lock;

void readerthread::run()

void writerthread::run()

qsemaphore 是qmutex的一般化，它可以保護一定數量的相同資源，與此相對，乙個mutex只保護乙個資源。下面例子中，使用qsemaphore來控制對環狀緩衝的訪問，此緩衝區被生產者執行緒和消費者執行緒共享。生產者不斷向緩衝寫入資料直到緩衝末端，再從頭開始。消費者從緩衝不斷讀取資料。訊號量比互斥量有更好的併發性，假如我們用互斥量來控制對緩衝的訪問，那麼生產者，消費者不能同時訪問緩衝。然而，我們知道在同一時刻，不同執行緒訪問緩衝的不同部分並沒有什麼危害。

const int datasize = 100000;

const int buffersize = 8192;

char buffer[buffersize];

qsemaphore freebytes(buffersize);

qsemaphore usedbytes;

class producer : public qthread

;void producer::run()

}class consumer : public qthread

;void consumer::run()

fprintf(stderr, "\n");

}const int datasize = 100000;

const int buffersize = 8192;

char buffer[buffersize];

qwaitcondition buffernotempty;

qwaitcondition buffernotfull;

qmutex mutex;

int numusedbytes = 0;

class producer : public qthread

;void producer::run()

}class consumer : public qthread

;void consumer::run()

fprintf(stderr, "\n");

}可重入與執行緒安全

在qt文件中，術語「可重入」與「執行緒安全」被用來說明乙個函式如何用於多執行緒程式。假如乙個類的任何函式在此類的多個不同的例項上，可以被多個執行緒同時呼叫，那麼這個類被稱為是「可重入」的。假如不同的執行緒作用在同乙個例項上仍可以正常工作，那麼稱之為「執行緒安全」的。

大多數c++類天生就是可重入的，因為它們典型地僅僅引用成員資料。任何執行緒可以在類的乙個例項上呼叫這樣的成員函式，只要沒有別的執行緒在同乙個例項上呼叫這個成員函式。舉例來講，下面的counter 類是可重入的：

class counter

void increment()

void decrement()

int value() const

private:

int n;

};這個類不是執行緒安全的，因為假如多個執行緒都試圖修改資料成員 n,結果未定義。這是因為c++中的++和--操作符不是原子操作。實際上，它們會被擴充套件為三個機器指令：

1，把變數值裝入暫存器

2，增加或減少暫存器中的值

3，把暫存器中的值寫回

記憶體假如執行緒a與b同時裝載變數的舊值，在暫存器中增值，回寫。他們寫操作重疊了，導致變數值僅增加了一次。很明顯，訪問應該序列化：a執行123步驟時不應被打斷。使這個類成為執行緒安全的最簡單方法是使用qmutex來保護資料成員：

class counter

void increment()

void decrement()

int value() const

private:

mutable

執行緒與qobjects

qthread 繼承自qobject,它發射訊號以指示執行緒執行開始與結束，而且也提供了許多slots。更有趣的是，qobjects可以用於多執行緒，這是因為每個執行緒被允許有它自己的事件迴圈。

qobject 可重入性

逐執行緒事件迴圈

qobject和所有它的子類是非執行緒安全的。這包括整個的事件投遞系統。需要牢記的是，當你正從別的執行緒中訪問物件時，事件迴圈可以向你的qobject子類投遞事件。假如你呼叫乙個不生存在當前執行緒中的qobject子類的函式時，你必須用mutex來保護qobject子類的內部資料，否則會遭遇災難或非預期結果。像其它的物件一樣，qthread物件生存在建立它的那個執行緒中---不是當qthread::run()被呼叫時建立的那個執行緒。一般來講，在你的qthread子類中提供slots是不安全的，除非你用mutex保護了你的成員變數。

另一方面，你可以安全的從qthread::run()的實現中發射訊號，因為訊號發射是執行緒安全的。

跨執行緒的訊號-槽

qt支援三種型別的訊號-槽連線：

1，直接連線，當signal發射時，slot立即呼叫。此slot在發射signal的那個執行緒中被執行(不一定是接收物件生存的那個執行緒)

2，佇列連線，當控制權回到物件屬於的那個執行緒的事件迴圈時，slot被呼叫。此slot在接收物件生存的那個執行緒中被執行

3，自動連線(預設)，假如訊號發射與接收者在同乙個執行緒中，其行為如直接連線，否則，其行為如佇列連線。

連線型別可能通過以向connect()傳遞引數來指定。注意的是，當傳送者與接收者生存在不同的執行緒中，而事件迴圈正執行於接收者的執行緒中，使用直接連線是不安全的。同樣的道理，呼叫生存在不同的執行緒中的物件的函式也是不是安全的。qobject::connect()本身是執行緒安全的。

多執行緒與隱含共享

qt為它的許多值型別使用了所謂的隱含共享(implicit sharing)來優化效能。原理比較簡單，共享類包含乙個指向共享資料塊的指標，這個資料塊中包含了真正原資料與乙個引用計數。把深拷貝轉化為乙個淺拷貝，從而提高了效能。這種機制在幕後發生作用，程式設計師不需要關心它。如果深入點看，假如物件需要對資料進行修改，而引用計數大於1，那麼它應該先detach()。以使得它修改不會對別的共享者產生影響，既然修改後的資料與原來的那份資料不同了，因此不可能再共享了，於是它先執行深拷貝，把資料取回來，再在這份資料上進行修改。例如：

void qpen::setstyle(qt::penstyle style)

void qpen::detach()

}一般認為，隱含共享與多執行緒不太和諧，因為有引用計數的存在。對引用計數進行保護的方法之一是使用mutex,但它很慢，qt早期版本沒有提供乙個滿意的解決方案。從4.0開始，隱含共享類可以安全地跨執行緒拷貝，如同別的值型別一樣。它們是完全可重入的。隱含共享真的是"implicit"。它使用組合語言實現了原子性引用計數操作，這比用mutex快多了。

假如你在多個執行緒中同進訪問相同物件，你也需要用mutex來序列化訪問順序,就如同其他可重入物件那樣。總的來講，隱含共享真的給」隱含「掉了，在多執行緒程式中，你可以把它們看成是一般的，非共享的，可重入的型別，這種做法是安全的。

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