Qt 多线程编程之入门

前言

多线程在实际项目编程中是非常常用的，下面按照以下几点进行介绍：

1. 线程介绍
2. QThread介绍
3. 线程同步

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正文

1. 线程介绍

因为进程的创建、切换需要大量的时间和空间的消耗，因此在上世纪80年代诞生了一种SMP（Symmetrical Multi-Processing）的对称多处理技术，这就是线程。
线程的创建、切换所需的消耗要比进程小很多，这是因为进程需要一块完整的地址空间，而线程只是进程中的最小执行单元，共享进程的地址空间，不需要创建新的资源。

1.1 线程和进程的区别

区别	线程	进程
根本区别	是处理器任务调度和执行的最小单位	是操作系统资源调度的最小单位
资源开销	同进程下的线程共享进程的资源	进程之间的资源相互独立
包含关系	线程是进程的最小执行单元	进程包含多个线程

1.2 线程调度

Windows操作系统在启动后就会开始检查可调度线程内核对象，选择一个线程的内核对象，将其上下文载入CPU寄存器，然后线程开始运行。
线程的调度机制是由调度算法决定的，通用调度算法有：

1. 先进先出算法（FIFO）
   按照任务进入队列的顺序，依次调度。

2. 最短耗时任务优先算法（SJF）
   按照任务的耗时长短进行调度，耗时短的任务优先调度。

3. 时间片轮转算法（Round Robin）
   给队列中的每个任务一个时间片，第一个任务先执行，时间片结束后将任务放到队列末尾，然后切换到下个任务执行。

4. 最大最小公平算法（Max-Min Fairness）
   平均分配资源；
   有剩余资源的则平均分配给其他任务；
   资源不够则等待；

5. 多级反馈队列算法（Multi-level Feedback Queue）
   算法按照优先级从高到低排序，优先级越低分片时长越大；
   高优先级任务可以抢占低优先级任务；
   任务在一个时间片结束时，若任务结束，则正常退出系统，若任务还没结束，则降低一个等级；
   任务如果因为等待I/O响应而主动让出CPU，则保留当前等级（或者是提高一个等级）；
   同一等级的任务采用时间片轮转算法（Round Robin）；

2. QThread介绍

QThread类提供不依赖平台的管理线程的方法。一个QThread类的对象管理一个线程，一般实现方式有两种：

• 继承QThread类，并重定义虚函数run()，在run()函数实现耗时任务
• 继承QObject类，自定义槽函数实现耗时任务，通过moveToThread来改变对象的线程亲和力

2.1 QThread基础

QThread是Qt线程中的抽象类，所有的线程类都是从QThread抽象类中派生出来的。
下面列举主要函数：

类型	函数	功能
public	void setPriority(Priority priority)	设置线程的优先级
public	void exit(int returenCode = 0)	退出线程的事件循环
public	bool wait(unsigned long time)	阻塞等待线程结束，直到time毫秒后
public slot	void quit()	退出线程的事件循环
public slot	void start(Priority priority)	内部调用run()开始执行线程，操作系统根据priority参数进行调度
public slot	void terminate()	终止线程的运行，不是立即结束线程，而是等待操作系统结束线程。使用terminate()之后应使用wait()
signal	void finished()	在线程结束时发送该信号
signal	void started()	在线程开始执行时，run()被调用之前发送该信号
protected	virtual void run()	start()调用run()开始线程任务的执行，在run()中实现线程的处理任务
protected	int exec()	由run()调用，进入线程的事件循环，等待exit()退出

QThread线程有8个优先级：

优先级	注释
QThread::IdlePriority	仅在没有其他线程运行的情况下执行
QThread::LowestPriority	优先级低于LowPriority
QThread::LowPriority	优先级低于NormalPriority
QThread::NormalPriority	操作系统的默认优先级
QThread::HighPriority	优先级高于NormalPriority
QThread::HighestPriority	优先级高于HighPriority
QThread::TimeCriticalPriority	尽可能频繁运行
QThread::InheritPriority	使用与创建线程相同的优先级（默认）

2.2 继承QThread类

按照官网的介绍，主要是以下两点：

• 不在run()中调用exec()，就不会运行事件循环
• QThread派生的实例对象除了run()在新线程中执行外，其他（构造函数、槽函数等）都在创建该对象的线程中执行

下面测试一下：

class WorkerThd : public QThread
{
   
	Q_OBJECT

public:
	WorkerThd(QObject* parent = nullptr) : QThread(parent) {
   }
	void run() override {
   
		qDebug() << "ThreadID of the run(): " << QThread::currentThreadId();
	}

	Q_SLOT void doOtherWork() {
   
		qDebug() << "ThreadID of the doOtherWork(): " << QThread::currentThreadId();
	}
};

class Controller : public QObject
{
   
	Q_OBJECT
public:
	Controller(QObject* parent = nullptr) : QObject(parent) {
   
		workThd = new WorkerThd(this);
		connect(this, &Controller::sigDoOtherWork, workThd, &WorkerThd::doOtherWork);
		connect(workThd, &QThread::finished, workThd, &QObject::deleteLater);
		workThd->start();
	}
	~Controller() {
   
		w