多线程中数据的并发访问与保护

 

多线程中数据的并发访问与保护

在多线程编程中，不可避免地要对一些共享的数据进行访问。由于线程之间对共享数据的访问是独立的，任何一个线程都可对共享数据进行访问和修改，且它们之间是异步并发进行的，特别是当需要对共享数据进行修改时，就会产生数据不一致的问题，为此，需要一种保护机制，来限制线程之间的并发访问，以保护共享的数据。

在Qt多线程应用程序中，需要对多个线程进行同步。Qt提供了如下几个同步类：QMutex,QReadWriteLock, QSemaphore以及QWaitCondition。

创建这个线程对象的实例，调用QThread::start()。于是，在run()里出现的代码将会在另外线程中被执行。
注意：QCoreApplication::exec()必须总是在主线程(执行main()的那个线程)中被调用，不能从一个QThread中调用。在GUI程序中，主线程也被称为GUI线程，因为它是唯一一个允许执行GUI相关操作的线程。另外，你必须在创建一个QThread之前创建QApplication(or QCoreApplication)对象。

线程同步

QMutex, QReadWriteLock, QSemaphore,  QWaitCondition 提供了线程同步的手段。使用线程的主要想法是希望它们可以尽可能并发执行，而一些关键点上线程之间需要停止或等待。例如，假如两个线程试图同时访问同一个全局变量，结果可能不如所愿。
QMutex  提供相互排斥的锁，或互斥量。在一个时刻至多一个线程拥有mutex,假如一个线程试图访问已经被锁定的mutex,那么它将休眠，直到拥有mutex的线程对此mutex解锁。Mutexes常用来保护共享数据访问。
 QReadWriterLock 与QMutex相似，除了它对 "read","write"访问进行区别对待。它使得多个读者可以共时访问数据。使用QReadWriteLock而不是QMutex，可以使得多线程程序更具有并发性。

QMutex

QMutex类提供了一个保护变量或一个代码区的方法，使得每次仅有一个线程能对其进行访问。该类提供了lock()方法用于锁位mutex,以及unlock()函数用于解锁。另外，还提供了tryLock()方法，它与lock()方法的一个重要区别在于如果mutex已经被锁定，它将立即返回而不是阻塞。代码示例如下：

[cpp]  view plain copy

1. void Thread::run()  
2. {  
3.     forever {  
4.         mutex.lock();  
5.         if (stopped) {  
6.             stopped = false;  
7.             mutex.unlock();  
8.             break;  
9.         }  
10.         mutex.unlock();  
11.         cerr << qPrintable(messageStr);  
12.     }  
13.     cerr << endl;  
14. }  

Qt同时也提供了一个帮助类QMutexLocker用于简化mutex的操作，代码示例如下：

[cpp]  view plain copy

1. void Thread::run()  
2. {  
3.     forever {  
4.         {  
5.             QMutexLocker locker(&mutex);  
6.             if (stopped) {  
7.                 stopped = false;  
8.                 break;  
9.             }  
10.         }  
11.         cerr << qPrintable(messageStr);  
12.     }  
13.     cerr << endl;  
14. }  

QReadWriteLock

在多个线程读取共享数据而仅有一个线程要修改共享数据的情况下，可以使用QReadWriteLock类，它可以保证并发对数据的读操作而不会对性能产生负面影响。代码示例如下：

[cpp]  view plain copy

1. void ReaderThread::run()  
2. {  
3.     ...  
4.     lock.lockForRead();  
5.     access_data_without_modifying_it(&data);  
6.     lock.unlock();  
7.     ...  
8. }  

同样，Qt也提供了一个相应的类QReadLocker和QWriteLocker来简化QReadWriteLock的操作。

QSemaphore

QSemaphore是一种更通用的mutex，除了读/写锁外，信号量还可用于监视一定数目的相同资源。如下的代码片段显示了QSemaphore和QMutex之间的对应关系：

QSemaphoresemaphore(1); | QMutex mutex; semaphore.acquire(); | mutex.lock(); semaphore.release(); | mutex.unlock();

通过传递1构造函数，表示该信号量控制单个资源。信号量的一大优点就是通过传递一个大于1的数，我们可以调用acquire()函数多次以获得许多资源，代码示例如下：

[cpp]  view plain copy

1. QSemaphore s( 10 );  
2. s.acquire(); // s.available() = 9  
3. s.acquire(5); // s.available() = 4  
4. s.release(2); // s.available() = 6  
5. s.release(); // s.available() = 7  
6. s.release(5); // s.available() = 12  
7. s.tryAcquire(15); // s.available() = 12  

线程之间的通信

除了通过共享数据来在多个线程之间进行通信外，还可以使用信号与槽的机制实现线程之间的通信。

多线程编程中注意点

1. 子QObject必须在它的父线程中创建。

特别地，在非主线程中创建的对象不能将QThread对象作为它们的父类，因为线程对象是在另一个线程中创建的。

2. 必须先删除在一个线程中创建的所有QObject对象，然后删除线程对象本身。

3. QObject必须在创建它的线程中删除。

非GUI的QObject子类，如QTimer,QProcess以及网络类都是可重入的。可用在任何线程中，只要该线程有一个事件循环。对于非主线程，进入事件循环是通过调用QThread::exec()函数。