Qt多线程编程（二）进阶篇

最新推荐文章于 2025-04-25 22:23:41 发布

暖晴的天

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分类专栏： qt编程多线程编程文章标签： qt c++ 多线程

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本文详细介绍如何在Qt中创建自定义线程，并通过实例演示线程的运行与控制。此外，文章还介绍了线程锁的概念及其多种实现方式，包括QMutex、QMutexLocker等，并通过实战案例展示了不同线程同步机制的应用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

3、条件变量 QWaitCondition

4、共享内存 QSharedMemory

5、无锁原子操作 QAtomicInt，QAtomicInteger ，QAtomicPointer

一、前言

经过 Qt 多线程编程（一）入门篇的学习，我们已经简单的熟悉了多线程以及与多线程相关的理论知识，剖析了 Qt 提供的 QThread 库的组成和使用方法。在掌握理论的同时，我们更应该注意实践能力，这篇文章就带大家进一步的深入学习 Qt 多线程的开发及应用。

二、创建属于自己的线程

1、创建类文件

Step1：创建一个 Qt 项目，模板选用 Qt Widgets Application。

Step2：创建一个新的 Class

在创建好的项目上方右键，弹出如下图所示的对话框，并选择 C++ Class。

接着填写类名和所需继承的基类，其中继承的基类和包含的文件可以根据需求自定义，这里全部不勾选，仅继承 QThread 基类。其他都选择下一步，最后点击完成即可完成文件的创建。

2、定制线程功能

首先我们设置一个场景，我们在看视频（或工作），到下午三点时，触发了，三点几嘞，饮茶先啊这个事件。那么我们主线程就模拟看视频或工作，自定义的线程来进行判断是否到了三点钟，强制隐藏主线程界面，当小时数不等于三点钟时显示主界面。

线程.h文件

#ifndef CNEWTHREAD_H
#define CNEWTHREAD_H

#include <QThread>

class CNewThread : public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    CNewThread();
    ~CNewThread();
    void StartThread();
    void StopThread();
private:
    void run();

signals:
    void InformMainWnd(bool);

private:
    bool bIsRunning;
};

#endif // CNEWTHREAD_H

线程.cpp文件

#include "cnewthread.h"

#include <QDateTime>

CNewThread::CNewThread()
{
    bIsRunning = false;
}

CNewThread::~CNewThread()
{

}

void CNewThread::StartThread()
{
    bIsRunning = true;
    this->start();
}

void CNewThread::StopThread()
{
    bIsRunning = false;
    this->wait();
}

void CNewThread::run()
{
    static bool bIsPrompt = false;
    while (bIsRunning)
    {
        if(QTime::currentTime().hour() == 15 && !bIsPrompt)
        {
            bIsPrompt = true;
            emit InformMainWnd(true);
        }
        else if(QTime::currentTime().hour() != 15)
        {
            bIsPrompt = false;
            emit InformMainWnd(false);
        }
        sleep(5);
    }
}

main文件

#include "mainwindow.h"
#include "cnewthread.h"

#include <QApplication>
#include <QObject>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    MainWindow w;
    CNewThread * pThread = new CNewThread();
    QObject::connect(pThread,SIGNAL(InformMainWnd(bool)),&w,SLOT(ProcessWnd(bool)));
    QObject::connect(pThread,SIGNAL(finished()),pThread,SLOT(deleteLater()));
    pThread->StartThread();
    w.show();

    int res = a.exec();
    pThread->StopThread();
    return res;
}

主窗口.cpp文件

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"

#include <QMessageBox>

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
}

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

void MainWindow::ProcessWnd(bool bIsHide)
{
    if(bIsHide)
    {
        QMessageBox::warning(this,"waring","It's three o'clock.Tea first!");
        this->hide();
    }
    else
        this->show();
}

3、线程运行测试

时间不在下午三点

时间在下午三点

点击 OK 后主窗口将会隐藏，直到当前整点大于 15 点窗口将会继续显示。

三、线程锁简介

项目开发过程中，某个进程可能有多个线程，当多个线程需要同时对一份内存数据进行操作时，为了保证线程安全，这时需要对进程进行加锁操作。加锁操作可以理解为牺牲时间来保证整个程序的稳定性能。

1、QMutex类

Qt 提供了 QMutex 类来进行线程的加锁操作，官方文档地址：QMutex 。我们主要使用 lock 和 unlock 来完成线程的加解锁操作。

（1）void lock() 加锁

（2）void unlock() 解锁

下面以 GUI 展示线程的加锁和解锁操作。（程序链接）

设置三个线程工作，不加锁时的运行结果

设置三个线程工作，加锁时的运行结果

由结果可以看出，不加锁时计算结果出现了错误。线程加锁后计算结果符合最终的结果。

2、QMutexLocker类

在 QMutex 的基础上 Qt 内部还封装了 QMutexLocker 类，QMutexLocker 能够更好的完成自动加解锁的操作，它的底层实现是在构造函数中完成加锁，在析构函数中完成解锁，一旦 QMutexLocker 所在的函数完成，QMutexLocker 的生命周期也就结束，自动调用析构函数，此时锁自动释放。官方文档：QMutexLocker 。

基本使用方法如下：

int complexFunction(int flag)    //复杂的函数
{
    QMutexLocker locker(&mutex);   //创建QMutexLocker实例，加锁

    //可替换的内部函数 开始
    int retVal = 0;

    switch (flag) {
    case 0:
    case 1:
        return moreComplexFunction(flag);
    case 2:
        {
            int status = anotherFunction();
            if (status < 0)
                return -2;
            retVal = status + flag;
        }
        break;
    default:
        if (flag > 10)
            return -1;
        break;
    }
    
    return retVal;  //返回的同时销毁QMutexLocker实例，解锁
    //可替换的内部函数 结束
}

四、线程数据同步方式

1、加锁

使用 QMutex 或 QMutexLocker 类完成。参考线程锁简介的内容。

2、信号量 QSemaphore

信号量 QSemaphore 是互斥锁的泛化。互斥锁只能锁定一次，信号量则可以多次获取。信号量通常用于保护一定数量的相同资源。（一般用于典型的生产者线程和消费者线程）

信号量支持两种基本操作，acquire () 和 release ()：

acquire( n ) 尝试获取n 个资源。如果没有那么多可用资源，调用将阻塞，直到出现这种情况。
release( n ) 释放n 个资源。

3、条件变量 QWaitCondition

QWaitCondition 允许一个线程告诉其他线程某种条件已经满足。一个或多个线程可以阻塞等待 QWaitCondition 使用 wakeOne () 或 wakeAll ()设置条件。使用 wakeOne () 唤醒随机选择的一个线程或使用 wakeAll () 唤醒所有线程。

4、共享内存 QSharedMemory

QSharedMemory 提供多个线程和进程对共享内存段的访问。它还为单个线程或进程提供了一种方法来锁定内存以进行独占访问。

使用此类时，请注意以下平台差异：

Windows：QSharedMemory 不“拥有”共享内存段。当所有具有连接到特定共享内存段的 QSharedMemory 实例的线程或进程已销毁其 QSharedMemory 实例或退出时，Windows 内核会自动释放共享内存段。
Unix：QSharedMemory“拥有”共享内存段。当将 QSharedMemory 实例附加到特定共享内存段的最后一个线程或进程通过销毁其 QSharedMemory 实例与该段分离时，Unix 内核会释放共享内存段。但是如果最后一个线程或进程在没有运行 QSharedMemory 析构函数的情况下崩溃，共享内存段会在崩溃中幸存下来。
HP-UX：每个进程只允许一个附加到共享内存段。这意味着 QSharedMemory 不应跨 HP-UX 中同一进程中的多个线程使用。

在对共享内存进行读写之前记得用 lock () 锁住共享内存，完成后记得用 unlock () 释放锁，与 QMutex 类似。

当 QSharedMemory 的最后一个实例与段分离时，QSharedMemory 会自动销毁共享内存段，并且不会保留对该段的引用。

5、无锁原子操作 QAtomicInt，QAtomicInteger ，QAtomicPointer

所谓的原子操作，取的就是“原子是最小的、不可分割的最小个体”的意义，它表示在多个线程访问同一个共享资源的时候，能够确保所有其他的线程都不在同一时间内访问相同的资源。也就是他确保了在同一时刻只有唯一的线程对这个资源进行访问。这有点类似互斥对象对共享资源的访问的保护，但是原子操作更加接近底层，因而比使用互斥对象效率更高。

五、实战演练（待更新）

1、文件读写锁实现

简单描述同时写文件的线程只有一个，同时读文件的线程可以有很多个。有线程写数据的时候不允许读，有线程读数据的时候不允许写。（程序链接）

测试GUI如下：

⑴不加锁多端写入，多端读取

⑵加锁多端写入，多端读取

2、生产消费锁的实现

假设有生产者 A 和生产者 B，消费者 1~4。生产者 A 生产茶叶、灯泡，每秒生产茶叶10袋，灯泡5个；生产者 B 生产牛奶、插座，每秒生产牛奶5袋，插座10个。消费者 1 每秒消费茶叶 1 袋，灯泡 1 个；消费者 2 每秒消费茶叶 2袋，插座 2 个；消费者 3 每秒消费灯泡 1 个，牛奶 1 袋；消费者 4 每秒消费插座 2个，茶叶 1 袋，灯泡 1 个，牛奶 1 袋。

生产上限：