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Qt 线程 QThread类详解

news 来源：原创 2024/9/20 5:54:24

Qt 线程中QThread的使用

在进行桌面应用程序开发的时候，假设应用程序在某些情况下需要处理比较复杂的逻辑，如果只有一个线程去处理，就会导致窗口卡顿，无法处理用户的相关操作。这种情况下就需要使用多线程，其中一个线程处理窗口事件，其他线程进行逻辑运算，多个线程各司其职，不仅可以提高用户体验还可以提升程序的执行效率。

在 qt 中使用了多线程，有些事项是需要额外注意的：

默认的线程在Qt中称之为窗口线程，也叫主线程，负责窗口事件处理或者窗口控件数据的更新
子线程负责后台的业务逻辑处理，子线程中不能对窗口对象做任何操作，这些事情需要交给窗口线程处理
主线程和子线程之间如果要进行数据的传递，需要使用Qt中的信号槽机制

1. 线程类 QThread

Qt 中提供了一个线程类，通过这个类就可以创建子线程了，Qt 中一共提供了两种创建子线程的方式，后边会依次介绍其使用方式。先来看一下这个类中提供的一些常用 API 函数：

// Qt中的线程可以设置优先级
// 得到当前线程的优先级
Priority QThread::priority() const;
void QThread::setPriority(Priority priority);
优先级:QThread::IdlePriority         --> 最低的优先级QThread::LowestPriorityQThread::LowPriorityQThread::NormalPriorityQThread::HighPriorityQThread::HighestPriorityQThread::TimeCriticalPriority --> 最高的优先级QThread::InheritPriority      --> 子线程和其父线程的优先级相同, 默认是这个start(): 启动线程，使线程进入运行状态，调用线程的run()方法。
run(): 线程的执行函数，需要在该函数中编写线程所需执行的任务。
quit(): 终止线程的事件循环，在下一个事件处理周期结束时退出线程。
wait(): 阻塞当前线程，直到线程执行完成或超时。
finished(): 在线程执行完成时发出信号。
terminate(): 强制终止线程的执行，不推荐使用，可能导致资源泄漏和未定义行为。
isRunning(): 判断线程是否正在运行。
currentThreadId(): 返回当前线程的ID。
yieldCurrentThread(): 释放当前线程的时间片，允许其他线程执行。
msleep(): 让当前线程休眠指定的毫秒数。

2 信号槽

// 和调用 exit() 效果是一样的
// 调用这个函数之后, 再调用 wait() 函数
[slot] void QThread::quit();
// 启动子线程
[slot] void QThread::start(Priority priority = InheritPriority);
// 线程退出, 可能是会马上终止线程, 一般情况下不使用这个函数
[slot] void QThread::terminate();// 线程中执行的任务完成了, 发出该信号
// 任务函数中的处理逻辑执行完毕了
[signal] void QThread::finished();
// 开始工作之前发出这个信号, 一般不使用
[signal] void QThread::started();

3 静态函数

// 返回一个指向管理当前执行线程的QThread的指针
[static] QThread *QThread::currentThread();
// 返回可以在系统上运行的理想线程数 == 和当前电脑的 CPU 核心数相同
[static] int QThread::idealThreadCount();
// 线程休眠函数
[static] void QThread::msleep(unsigned long msecs);	// 单位: 毫秒
[static] void QThread::sleep(unsigned long secs);	// 单位: 秒
[static] void QThread::usleep(unsigned long usecs);	// 单位: 微秒

4 重写函数

// 子线程要处理什么任务, 需要写到 run() 中
[virtual protected] void QThread::run();

2种线程使用方式

使用 `QThread` 时的一个常见误区。

QThread 实例存在于实例化它的旧线程中:
- 当您创建一个 QThread 对象时,该对象会存在于创建它的线程中,而不是在新创建的线程中。
- 这意味着,您调用 QThread 对象的方法和槽时,实际上是在创建该对象的线程中执行的,而不是在新创建的工作线程中。
在新线程中调用槽:
- 如果您希望在新创建的工作线程中执行某些操作,比如调用槽函数,就不能直接将这些槽函数定义在 QThread 子类中。
- 因为 QThread 子类的方法和槽都会在创建该对象的线程中执行,而不是在工作线程中执行。
使用工作对象方法:
- 为了在新创建的工作线程中执行操作,您需要定义一个独立的工作对象类,并将所有的工作逻辑封装在该类中。
- 在工作线程中,您可以创建这个工作对象的实例,并在该实例上调用方法来执行工作。

使用 QThread 时需要注意区分线程的概念。QThread 对象本身存在于创建它的线程中,而不是在新创建的工作线程中。如果您希望在工作线程中执行操作,需要使用独立的工作对象,而不是直接在 QThread 子类中实现。这样可以确保在正确的线程中执行您的工作逻辑。

简化：在这里先记住

1.new QThread 是在当前代码位置创建出来的

2.线程调用槽函数是有坑点的。

3.最好使用工作对象方法

线程和工作逻辑

主线程和子线程执行的顺序不确定，偶尔主线程在前，偶尔子线程在前。
只有run()函数运行在子线程中，run调用子函数则在子线程调用子函数。

class WorkerThread : public QThread
{Q_OBJECTpublic:void run() override  //子线程工作函数{// 在新线程中执行耗时任务for (int i = 0; i < 5; ++i){qDebug() << "Worker thread doing work..." << i;sleep(1);}emit finished();}signals:void finished();
};int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// 创建并启动工作线程WorkerThread* workerThread = new WorkerThread;QObject::connect(workerThread, &WorkerThread::finished, workerThread, &WorkerThread::deleteLater);workerThread->start();// 等待任务完成workerThread->wait();// 停止并退出事件循环a.exit();return a.exec();
}

这个例子演示了如何在一个全新的线程中执行耗时的工作任务。通过继承 QThread 并重写 run() 方法,我们可以在新线程中运行自定义的工作逻辑。这种方式与下列的例子有所不同,下列的例子是在工作对象中执行任务,而不是在 QThread 子类中。

线程和工作对象

槽函数无论是线程的信号触发还是自定义信号触发，槽函数都在新线程里运行。
成员函数和主函数运行在主线程当中。

#include <QDebug>
#include <QThread>class Worker : public QObject
{Q_OBJECTpublic:Worker(){}public slots:void doWork(){// 执行耗时的计算任务for (int i = 0; i < 5; ++i){qDebug() << "Worker thread doing work..." << i;QThread::sleep(1);}// 计算完成后,发射 finished 信号emit finished();}signals:void finished();
};int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// 创建工作线程QThread* workerThread = new QThread;// 创建工作对象实例,并将其移动到工作线程中Worker* worker = new Worker;worker->moveToThread(workerThread);//将其移动到工作线程中。这确保了 Worker 对象的所有操作都在工作线程中进行// 连接信号和槽QObject::connect(workerThread, &QThread::started, worker, &Worker::doWork);QObject::connect(worker, &Worker::finished, workerThread, &QThread::quit);//即使 main() 函数执行完毕,主线程退出,QThread 对象也不会立即被释放,而是会等待工作线程完成后再被删除。QObject::connect(worker, &Worker::finished, worker, &Worker::deleteLater);QObject::connect(workerThread, &QThread::finished, workerThread, &QThread::deleteLater);// 启动工作线程workerThread->start();return a.exec();
}

在这个例子中,QThread 对象代表了实际的工作线程,而 Worker 对象包含了实际的工作逻辑。这样,我们就可以在工作线程中执行耗时的计算任务,而不会阻塞主线程。当任务完成时,Worker 对象会发射 finished 信号,从而触发工作线程退出和对象清理。

代码运行示例

重写线程类：work.h

#ifndef WORK_H
#define WORK_H#include<QDebug>
#include<QThread>
#include<QMutex>
#include<QSemaphore>
class work : public QThread
{Q_OBJECTpublic:work();virtual ~work(); // 添加虚拟析构函数public:void run() override;void stopAndWait() {  //完美退出m_running = false;wait();     //等待任务完成exit();  //停止并退出事件循环qDebug() << "stopAndWait";deleteLater(); //安全地删除 QObject 及其子类对象 异步地删除对象,而不是立即删除 注意：该函数是线程安全,多次调用该函数是安全的；}private:bool m_running; //完美退出static uint16_t index;
};#endif // WORK_H#include "work.h"uint16_t work::index = 1;work::work()
{// 构造函数实现m_running=true;
}work::~work()
{// 虚拟析构函数实现
}
void work::run() {// 执行耗时工作while (m_running) {qDebug() << "Worker thread doing run..." << this->index++;sleep(1);}qDebug() << "Worker thread exiting.";
}

工作对象类

workthread.h

#ifndef WORKTHREAD2_H
#define WORKTHREAD2_H
#include<QDebug>
#include<QThread>class workthread2 : public QObject
{Q_OBJECT
public:workthread2()=default;~workthread2()=default;
public:enum class ThreadState { Idle, Running, Finished };Q_ENUM(ThreadState)signals:void finished();public slots:void doWork(){// 执行耗时的计算任务for (int i = 0; i < 5; ++i){qDebug() << "Worker thread doing work..." << i;QThread::sleep(1);}// 计算完成后,发射 finished 信号emit finished();}};#endif // WORKTHREAD2_H

main函数

#include <QCoreApplication>#include"work.h"
#include<workthread2.h>
#include<QTimer>
void qtThread_text(){//第一种 继承重写run方法QVector<work*> workerThreads;// 创建并启动工作线程for(int i=0;i<3;i++){workerThreads.append(new work());}for(int i=0;i<3;i++){workerThreads.at(i)->start();}// 等待一段时间后,通知线程退出QThread::sleep(1);for(work* data :workerThreads){data->stopAndWait();//data->deleteLater();}//    for(int i=0;i<3;i++)//    {//        workerthread[i]->wait();//        workerthread[i]->terminate(); //发送线程终止信号//    }//第2种 使用对象模式 注意此模式是在当前线程运行QThread* newthread= new QThread;QThread* newthread2= new QThread;// 启动工作线程 一个对象只能隶属于一个线程workthread2* work2 = new workthread2;workthread2* work2_2 = new workthread2;work2->moveToThread(newthread);work2_2->moveToThread(newthread2);// 启动工作线程newthread->start();newthread2->start();// 连接信号和槽QObject::connect(newthread, &QThread::started, work2, &workthread2::doWork);QObject::connect(work2, &workthread2::finished, newthread, &QThread::quit);QObject::connect(work2, &workthread2::finished, work2, &workthread2::deleteLater);QObject::connect(newthread, &QThread::finished, newthread, &QThread::deleteLater);QObject::connect(newthread2, &QThread::started, work2_2, &workthread2::doWork);QObject::connect(work2_2, &workthread2::finished, newthread2, &QThread::quit);QObject::connect(work2_2, &workthread2::finished, work2_2, &workthread2::deleteLater);QObject::connect(newthread2, &QThread::finished, newthread2, &QThread::deleteLater);newthread->start();newthread2->start();
/*newthread->wait();newthread->exit();当 newthread->wait() 被调用时,它会阻塞当前线程(即主线程)直到 newthread 线程退出。然后 newthread->exit() 被调用,停止并退出了事件循环。qDebug() << "a.exec()"; 这行代码就不会被执行。
*/// 等待线程完成并退出事件循环newthread->wait();newthread2->wait();newthread->exit();newthread2->exit();
}
int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);qtThread_text();// 手动调用 a.exec()qDebug() << "a.exec()";return a.exec(); //开启Qt 的事件循环
}

运行结果

总结

上述提到的两种使用 QThread 的方式有以下几点主要区别: (第一种重写第二种movetoThread)

线程的创建方式
***线程与工作对象的关系:
- 在第一种方式中,线程和工作逻辑是耦合在一起的,因为工作逻辑直接在 QThread 的子类中实现。
- 在第二种方式中,线程和工作对象是解耦的,工作逻辑被封装在独立的 Worker 对象中。
***信号槽的执行位置:
- move版本槽函数无论是线程的信号触发还是自定义信号触发，槽函数都在新线程里运行。
- 重写版本信号槽是在主线程执行。
线程安全性:
- 在第二种方式中,由于工作对象是在工作线程中运行的,因此不需要担心线程安全性问题。
- 在第一种方式中,如果在 QThread 的子类中访问了共享资源,就需要特别注意线程安全性。
灵活性和可重用性:
重写灵活性和可重用性低，move版本低耦合
错误处理:
- 在第二种方式中,可以更容易地在工作对象中捕获和处理错误,因为工作逻辑被封装在了独立的对象中。
- 在第一种方式中,错误处理可能更加困难,因为工作逻辑和线程紧耦合在一起。