QT--线程

一、线程QThread

QThread 类提供不依赖平台的管理线程的方法，如果要设计多线程程序，一般是从 QThread继承定义一个线程类，在自定义线程类里进行任务处理。
qt拥有一个GUI线程,该线程阻塞式监控窗体,来自任何用户的操作都会被gui捕获到,并处理;如果有耗时的任务,不推荐在GUI中处理.怎么办?? 创建线程,交给线程去耗时!

1.QThread类简要说明

一个QThread类的对象管理一个线程。该线程包括

执行函数体，这是线程执行的主要代码部分。
函数体中有一个死循环，用于保持线程的持续运行，直到条件满足。
线程私有空间，每个线程都有自己的独立数据和堆栈空间。

QThread 提供了完整的线程功能，并且内置了一个虚函数 run() 用于处理线程任务。我们可以通过重写 run() 方法来定义线程的具体行为。编写线程的具体方法为继承QThread并重写run()函数。最好是直接定义一个线程类（实际上也这样做）。
GUI线程和控件访问：只有主GUI线程可以访问和操作窗体上的控件。如果其他线程尝试直接访问这些控件，会导致程序崩溃。为了在线程中更新UI，可以使用信号和槽机制。

class MyThread : public QThread {
    Q_OBJECT
signals:
    void updateUI(int value);

public:
    void run() override {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            emit updateUI(i); // 发出信号更新UI
            QThread::sleep(1);
        }
    }
};

// 在主窗口类中连接信号和槽
connect(ptMyThread, &MyThread::updateUI, this, &MainWindow::updateUIFunction);

线程的启动和停止使用start()和stop()函数即可。这也是可以捕获的信号，可以用来连接槽函数，不过要加上ed。
出现了此类错误error: undefined reference to `vtable for myThread，那么就将该错误发生的头文件和函数体文件移除该工程，然后再添加进来。
代码举例

2.线程间通信

1.通过共享资源的方式可以进行线程间通信。

结构体通信

1. 值得注意的就是使用之前要加锁，使用之后要解锁

QMutex buflock;//其实就是互斥信号量。
buflock.lock();
buflock.unlock();

1. 结构体要在使用该结构体的线程中声明，定义在外面，方便其他线程使用或声明，当然互斥锁也要有哈。
1. 一般通过构造函数传入或写出数据。
1. 在重写run()函数里有while循环，或者是死循环，具体情况而定
1. 当然也要有休眠函数，给其他线程一点时间执行嘛。
1. 代码举例

//rethread.h
#ifndef RETHREAD_H
#define RETHREAD_H
#include<QThread>
#include<QMutex>

struct msg_struct{
    int temp;
    int shidu;
    char des[128];
};

class thread_write:public QThread{
public:
    thread_write();
    thread_write(struct msg_struct *pmsg,QMutex *pMutex);//写
    ~thread_write();
    void run() override;//写。重写
private:
    struct msg_struct *pShareMsg;
    QMutex *pMutex;
};

class thread_read:public QThread{
public:
    thread_read(struct msg_struct *pmsg,QMutex *pMutex);//写
    thread_read();
    ~thread_read();

    void run() override;//重写
private:
    struct msg_struct *pShareMsg;
    QMutex *pMutex;

};

#endif // RETHREAD_H

//rethread.cpp
#include "rethread.h"
#include<QDebug>



thread_write::thread_write()
{

}

thread_write::thread_write(msg_struct *pmsg, QMutex *pMutex)
{

    pShareMsg = pmsg;
    this->pMutex=pMutex;
}

thread_write::~thread_write()
{

}

void thread_write::run()
{
    char ch = 'A';
    while(1){
        pMutex->lock();
        for(int i= 0;i<127;i++){
            pShareMsg->des[i]=ch;
            if(i%20==0){
                QThread::sleep(1);
            }
        }
        pMutex->unlock();
        QThread::msleep(10);
        ch++;
    }
}

thread_read::thread_read(msg_struct *pmsg, QMutex *pMutex)
{
    pShareMsg = pmsg;
    this->pMutex = pMutex;

}

thread_read::thread_read()
{

}

thread_read::~thread_read()
{

}

void thread_read::run()
{
    QThread::sleep(1);
    while(1){
        pMutex->lock();
        qDebug()<<"thread read"<<__func__<<" "<<pShareMsg->des;
        pMutex->unlock();
        QThread::sleep(5);
    }
}

//widget.h
#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H
#include"rethread.h"
#include <QWidget>

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACE

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    Widget(QWidget *parent = nullptr);
    ~Widget();

private:
    Ui::Widget *ui;
    struct msg_struct *pShareMsg;
    QMutex *pMutex;
    thread_read *pThreadRead;
    thread_write *pThreadWrite;
};
#endif // WIDGET_H


//widget.cpp
#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
    pShareMsg = new struct msg_struct;
    pMutex = new QMutex;
    pThreadRead  = new thread_read(pShareMsg,pMutex);
    pThreadWrite = new thread_write(pShareMsg,pMutex);

    pThreadWrite->start();
    pThreadRead->start();
}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}

在这里插入图片描述

信号和槽

在一个线程中定义一个信号，然后将其连接到另一个线程中的槽函数，通过信号的触发来调用槽函数。这是Qt中最常用的线程间通信方法。
这之中有一个线程铁定是GUI线程。才可以使用信号和槽
例如

输出为
值得注意的是不要在GUI程序中加入sleep睡眠之类的代码，容易造成程序崩溃。

3.线程间同步

线程同步是指在多线程环境中，协调线程之间的执行顺序和数据共享，确保线程以预期的方式访问共享资源。同步的主要目的是避免竞争条件（race conditions）和数据不一致性。

1.基于互斥量的线程同步QMutex

互斥量可以保证在任意时刻只有一个线程可以访问共享资源，从而避免竞争条件和数据不一致性。
定义一把互斥锁

//widget.h
QMutex *pMutex;
//widget.cpp
pMutex = new QMutex;

上锁，如果互斥量已经被其他线程锁定，当前线程将被阻塞，直到互斥量可用。

pMutex.lock();

解锁，访问共享资源后，线程需要释放互斥量的锁，以便其他线程可以访问该资源。

pMutex.unlock();

尝试上锁，函数tryLock()尝试锁定一个互斥量，如果成功锁定就返回true，如果其他线程已经锁定了这个互斥量就返回false，不等待。有参数则等待。

pMutex.try_Lock();//括号内可以有参数，以毫秒为单位，表示最多等待多少毫秒

2. 基于读写锁的线程同步QReadWriteLock

基于读写锁（Read-Write Lock）的线程同步是一种高效的同步机制，适用于读多写少的场景。与互斥锁不同，读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但在写入资源时，只允许一个线程进行写操作，这样可以提高程序的并发性能。

定义一把读写锁

//widget.h
QReadWriteLock *pRWLock;
//Widget.cpp
pRWLock = new QReadWriteLock;

pRWLock.lockForRead();//以只读方式锁定资源，如果有其他线程以写入方式锁定资源，这个函数会被阻塞
pRWLock.lockForWrite();//以写入方式锁定资源，如果其他线程以读或写方式锁定资源，这个函数会被阻塞
pRWLock.unlock();//解锁
它们可以在前面加上try，如tryLockForRead();表示尝试以读的方式锁上资源，括号内的参数可以表示尝试多少毫秒

3. 基于条件等待的线程同步QWaitCondition

QWaitCondition 提供了一种改进的线程同步方法，QWaitCondition 通过与 QMutex 或QReadWriteLock 结合使用，可以使一个线程在满足一定条件时通知其他多个线程，使其他多个线程及时进行响应，这样比只使用互斥量或读写锁效率要高一些。
定义


QMutex mutex;
QReadWriteLock readWriteLock;
QWaitCondition condition;

bool wait(QMutex *lockedMutex, unsigned long time = ULONG_MAX)，释放lockMutex这个互斥信号量。线程进入休眠，等待被唤醒，默认无限等待。若被唤醒则返回true；若超时则返回false。
bool wait(QReadWriteLock *lockedReadWriteLock, unsigned long time = ULONG_MAX)，释放lockedReadWriteLock这个读写锁，并让线程进入等待状态直到被唤醒或者超时。默认情况下，无限期等待。若被唤醒则返回true；若超时则返回false。
void wakeAll()：唤醒所有处于等待状态的线程。唤醒顺序不确定，由操作系统的调度策略决定。
void wakeOne()：唤醒一个处于等待状态的线程。具体唤醒哪个线程不确定，由操作系统的调度策略决定。

4. 基于信号量的线程同步

信号量（QSemaphore）是用于控制多个线程对共享资源的访问的同步原语。它是一种计数器，允许你在特定时间允许多个线程同时访问某个资源。信号量可以用来限制访问的线程数。

使用方法

方法名	描述	参数	返回值
构造函数
`QSemaphore(int initialCount = 1, int maxCount = 1)`	创建一个信号量，初始计数和最大计数。	`initialCount`：初始计数值 `maxCount`：最大计数值	无
基本方法
`acquire(int num = 1)`	获取 `num` 个资源，若资源不足，线程阻塞。	`num`：需要获取的资源数量	无
`release(int num = 1)`	释放 `num` 个资源，增加信号量的计数器。	`num`：需要释放的资源数量	无
带超时的方法
`acquire(int num, unsigned long timeout = ULONG_MAX)`	获取 `num` 个资源，直到超时。	`num`：需要获取的资源数量 `timeout`：超时时间（毫秒）	`bool`：成功获取资源返回 `true`，超时返回 `false`
检查方法
`tryAcquire(int num = 1)`	尝试获取 `num` 个资源，若资源不足则立即返回。	`num`：需要获取的资源数量	`bool`：成功获取资源返回 `true`，否则返回 `false`
`available() const`	返回可用资源的数量。		`int`：可用资源数量
其他方法
`setCount(int count)`	设置信号量的计数器值。	`count`：新的计数值	无
`maximumCount() const`	返回信号量的最大值。		`int`：最大值
`currentCount() const`	返回当前信号量的计数值。		`int`：当前计数值

代码示例

#include <QCoreApplication> // 引入Qt核心应用程序模块
#include <QThread>          // 引入Qt线程模块
#include <QSemaphore>       // 引入Qt信号量模块
#include <QDebug>           // 引入Qt调试输出模块

// 创建一个信号量，初始计数为3，表示最多同时允许3个线程访问资源
QSemaphore semaphore(3);

class Worker : public QThread {
public:
    void run() override { // 重写QThread的run()方法，定义线程执行的代码
        // 尝试在1000毫秒内获取一个资源
        if (semaphore.tryAcquire(1, 1000)) { // 尝试获取一个资源，如果在超时内未能获取，则返回false
            qDebug() << "Thread" << QThread::currentThreadId() << "acquired a resource."; // 打印线程获取资源的消息
            QThread::sleep(2); // 模拟工作，线程休眠2秒
            qDebug() << "Thread" << QThread::currentThreadId() << "finished working."; // 打印线程完成工作的消息
            semaphore.release(); // 释放一个资源，使其他等待的线程可以获取到资源
        } else {
            qDebug() << "Thread" << QThread::currentThreadId() << "could not acquire a resource within timeout."; // 打印超时未获取资源的消息
        }

        // 显示信号量的状态
        qDebug() << "Current available resources:" << semaphore.available(); // 打印当前可用资源的数量
        semaphore.setCount(5); // 修改信号量的计数器值为5，增加可用资源
        qDebug() << "Max count:" << semaphore.maximumCount(); // 打印信号量的最大计数值
        qDebug() << "Current count:" << semaphore.currentCount(); // 打印当前信号量的计数值
    }
};

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv); // 创建Qt应用程序实例

    // 创建多个Worker线程实例
    Worker worker1, worker2, worker3, worker4, worker5;

    // 启动线程
    worker1.start();
    worker2.start();
    worker3.start();
    worker4.start();
    worker5.start();

    // 等待所有线程完成
    worker1.wait();
    worker2.wait();
    worker3.wait();
    worker4.wait();
    worker5.wait();

    return a.exec(); // 进入Qt事件循环
}