建议75:警惕线程不会立即启动

本文探讨了在非实时操作系统如Windows中线程调度的特性,指出线程启动并非即时发生,并通过C#示例代码展示了线程启动的不确定性及解决方法。

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建议75:警惕线程不会立即启动

现代的大多数操作系统都不是一个实时的操作系统,Windows系统也是如此。所以,不能奢望我们的线程能够立即启动。Windows内部会实现特殊的算法以进行线程之间的调度,在某个具体的时刻,它会决定当前应该运行哪个线程。这反映到最底层就是某个线程分配到了一定的CPU时间,可用来执行一小段工作(由于被分配的CPU时间很短,所以即使操作系统中运行了上千个线程,我们也会觉得这些应用程序是在同时执行的)。Windows会选择在适当的时间根据自己的算法决定下一段的CPU时间如何调度。

线程的调度是一个复杂的过程,对于C#开发者来说,需要理解的就是:线程之间的调度占有一定的时间和空间开销,并且,它不实时。下面是一个测试的例子,本意是将0到9分别传给10个不同的线程,结果却事与愿违:

复制代码
static int _id = 0;  
 
static void Main()  
{  
    for (int i = 0; i < 10; i++, _id++)  
    {  
        Thread t = new Thread(() =>
            {  
                Console.WriteLine(string.Format("{0}:{1}",   
                    Thread.CurrentThread.Name, _id));  
            });  
        t.Name = string.Format("Thread{0}", i);  
        t.IsBackground = true;  
        t.Start();  
    }  
    Console.ReadLine();  
} 
复制代码

以上代码的可能输出为:
Thread0:2  
Thread4:5  
Thread2:3  
Thread1:3  
Thread5:5  
Thread6:6  
Thread7:7  
Thread8:9  
Thread3:3  
Thread9:10 
这段代码的输出从两个方面印证了线程不是立即启动的。

首先,我们看到线程并没有按照顺序启动。在代码逻辑中,前面Start的那个线程也许迟于后Start的那个线程执行。

其次,传入线程内部的ID值,不再是for循环执行中当前的ID值。以Thread9为例,在for循环中,其当前的值为9,而Thread9真正得到执行的时候,ID却已经跳出循环,早已经变为10了。

要让需求得到正确的编码,需要把上面的for循环修改成为一段同步代码:

复制代码
static int _id = 0;  
 
    static void Main()  
    {  
        for (int i = 0; i < 10; i++, _id++)  
        {  
            NewMethod1(i, _id);  
        }  
        Console.ReadLine();  
    }  
 
    private static void NewMethod1(int i, int realTimeID)  
    {  
        Thread t = new Thread(() =>
        {  
            Console.WriteLine(string.Format("{0}:{1}",   
                Thread.CurrentThread.Name, realTimeID));  
        });  
        t.Name = string.Format("Thread{0}", i);  
        t.IsBackground = true;  
        t.Start();  
    }  
} 
复制代码

以上代码输出:
Thread0:0  
Thread3:3  
Thread1:1  
Thread2:2  
Thread5:5  
Thread4:4  
Thread6:6  
Thread7:7  
Thread8:8  
Thread9:9 
可以看到,线程虽然保持了不会立即启动的特点,但是传入线程的ID值,由于在for循环内部变成了同步代码,所以能够正确传入。

 

 

转自:《编写高质量代码改善C#程序的157个建议》陆敏技

<think>在Qt中,同一个线程内的槽函数执行机制是理解线程安全的关键。让我们分析几个核心要点:---###**1.Qt单线程事件循环原理**Qt采用**单线程事件队列**模型,每个线程拥有独立的事件队列。当某个线程的槽函数被调用时:-如果槽函数通过**直接连接(Qt::DirectConnection)**调用,会在信号发射者的线程中**立即执行**-如果通过**队列连接(Qt::QueuedConnection)**调用,会被**放入接收者线程的事件队列**等待执行```cpp//示例:连接类型定义connect(sender,&Sender::signal,receiver,&Receiver::slot,Qt::QueuedConnection);//明确指定队列连接```---###**2.同一线程槽函数的执行特性**对于**同一个线程中的两个槽函数**:✅**永远不会并行执行**❌**不存在线程间竞争**因为:1.该线程的事件处理器从队列中**顺序取出**事件/槽调用2.前一个槽函数**完全执行完毕**后才会执行下一个```mermaidsequenceDiagram事件队列->>槽函数A:调用槽函数A-->>事件队列:完成事件队列->>槽函数B:调用```---###**3.线程安全风险来源**虽然无并行风险,但需警惕:1.**重入问题(Reentrancy)**当槽函数A尚未完成时,如果通过新事件再次调用自身:```cpp//危险的重入场景voidSlotA(){QTimer::singleShot(0,this,SLOT(SlotA()));//立即触发自身}```2.**状态一致性破坏**槽函数修改对象状态时,若状态机设计不当,可能被中间状态打断---###**4.实战防护方案**|风险类型|解决方案|代码示例||----------------|-----------------------------------|---------------------------------------------||重入问题|使用状态标志位|`if(!m_isProcessing){...}`||状态机破坏|采用QState状态机框架|[QStateMachine文档](https://doc.qt.io/qt-5/statemachine-api.html)||异步调用串行化|QMutex锁(仅跨线程需要)|同线程内无需互斥锁|>**关键结论**:>在**单线程内**,槽函数的执行本质是**串行化**的,不需要为共享变量添加互斥锁。但需要防范因事件循环重入导致的状态异常[^4]。---###**5.特殊场景:QtConcurrent线程池**若槽函数内部启动`QtConcurrent`任务:```cppvoidMainThreadSlot(){//以下任务会在全局线程池并行执行QtConcurrent::run([](){//此处代码可能与其他线程并发执行});}```此时任务内部若访问共享资源,**必须使用QMutex等锁机制**[^5]。§§相关问题§§1.如何验证Qt槽函数在事件队列中的执行顺序?2.当槽函数内部调用`QCoreApplication::processEvents()`会引发什么问题?3.在多窗口程序中,如何确保不同窗口的槽函数线程安全?</think> 在Qt的单线程环境中,同一线程内的槽函数处理机制直接关系到底层事件循环的实现方式。以下是关键原理分析: --- ### 1. **Qt事件循环的核心机制** Qt采用**单线程事件队列模型**,每个线程(包括主线程)拥有独立的事件队列: - 所有事件(包括槽函数调用)以**FIFO(先进先出)** 顺序执行 - **不存在真正的并行执行**,同一时刻只有一个槽函数在处理 ```cpp // 事件队列处理伪代码 while (!eventQueue.isEmpty()) { QEvent* event = eventQueue.takeFirst(); // 取出队首事件 processEvent(event); // 串行处理事件 } ``` --- ### 2. **槽函数的执行顺序保障** | 连接类型 | 执行特性 | 线程安全风险 | |----------------------|-----------------------------------|-------------| | **Qt::DirectConnection** | 在信号发射线程立即执行 | 低 (单线程内) | | **Qt::QueuedConnection** | 放入接收者线程队列异步执行 | 低 (单线程内) | | **跨线程连接** | 在不同线程执行 | 高 (需加锁) | 在**同一线程内**的槽函数: 1. 即使信号同时发射,槽函数也**不会并行运行** 2. 执行顺序取决于信号发射顺序和事件队列位置 3. 底层通过`QCoreApplication::sendEvent()`或`postEvent()`实现有序调度 --- ### 3. **伪并行场景分析** 当槽函数执行过程中触发新槽时: ```mermaid sequenceDiagram participant 信号A participant 槽函数1 participant 槽函数2 信号A->>槽函数1: 开始执行 槽函数1->>槽函数2: 在函数内部emit新信号 槽函数1--x 槽函数2: 槽函数2不会立即中断执行 槽函数1->>事件队列: 完成执行 事件队列->>槽函数2: 从队列取出执行 ``` ⚠️ **关键现象**: 即使槽函数1内部触发了槽函数2的调用,槽函数2仍需等待: 1. 槽函数1完整执行完毕 2. 事件队列轮到槽函数2的事件项 3. 此过程**不会形成重入或中断** --- ### 4. **线程安全风险场景** 虽然无真正并行,仍需警惕: #### 4.1 递归调用风险 ```cpp void SlotA() { emit signalB(); // 触发SlotB // SlotB在此处不会执行 } void SlotB() { emit signalA(); // 形成递归环 } ``` **后果**:事件队列持续增长导致**堆栈溢出** #### 4.2 状态机破坏 当槽函数修改对象状态时: ```cpp QString m_data; // 共享状态 void ProcessStep1() { m_data = "Step1"; emit nextStep(); // 触发ProcessStep2 } void ProcessStep2() { // 此处m_data必然为"Step1" } ``` 即使无锁也能保持状态一致性(因串行执行) --- ### 5. **特殊案例:processEvents()** `QCoreApplication::processEvents()`会**临时处理队列事件**: ```cpp void LongRunningSlot() { doWorkPart1(); QCoreApplication::processEvents(); // 此处可能执行其他槽 doWorkPart2(); // 状态可能被中间槽修改 } ``` ⚠️ **危险操作**: 可能导致: 1. 重入问题(Recursive reentrancy) 2. 对象生命周期异常(如中间槽删除当前对象) --- ### 结论:同一线程槽函数的安全性 1. ✅ **天然线程安全**:因串行执行机制,无数据竞争风险 2. ✅ **无需加锁**:QMutex/QReadWriteLock在单线程内冗余 3. ❗ **需防范**: - 递归调用导致的堆栈溢出 - `processEvents()`引起的状态中断 - 对象生命周期管理错误 > 可通过QEventLoop::processEvents()的**ExcludeUserInputEvents**等标志限制处理的事件类型,降低风险[^4]
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