Qt 线程同步的方式及数量详解

Qt 线程同步的方式及数量详解

在 Qt 框架中，线程同步是确保多线程程序正确性和效率的关键。以下是 Qt 提供的线程同步方式及其详细说明：

1. 互斥锁（QMutex）

• 功能：保护共享资源，确保同一时间只有一个线程能访问临界区。
• 核心方法：
  • lock()：获取锁，阻塞直至成功。
  • tryLock()：尝试非阻塞获取锁。
  • unlock()：释放锁。
• 模式：
  • 非递归模式（默认）：同一线程重复加锁会导致死锁。
  • 递归模式：允许同一线程多次加锁。
• 示例：

  QMutex mutex;
  mutex.lock();
  // 临界区代码
  mutex.unlock();

2. 读写锁（QReadWriteLock）

• 功能：允许多个线程同时读取共享资源，但写操作互斥。
• 核心方法：
  • lockForRead()：获取读锁（共享）。
  • lockForWrite()：获取写锁（独占）。
  • unlock()：释放锁。
• 适用场景：读多写少的场景，提升并发性能。
• 示例：

  QReadWriteLock lock;
  lock.lockForRead(); // 多线程可同时读取
  // 读操作
  lock.unlock();
  
  
  lock.lockForWrite(); // 仅一个线程可写入
  // 写操作
  lock.unlock();

3. 信号量（QSemaphore）

• 功能：控制对有限数量资源的访问，类似互斥锁的扩展。
• 核心方法：
  • acquire(n)：获取 n 个资源（阻塞直至可用）。
  • release(n)：释放 n 个资源。
• 示例：

  QSemaphore sem(3); // 允许最多3个线程同时访问
  sem.acquire(); // 获取一个资源
  // 临界区代码
  sem.release(); // 释放资源

4. 条件变量（QWaitCondition）

• 功能：线程等待特定条件满足后被唤醒，通常与 QMutex 配合使用。
• 核心方法：
  • wait(QMutex *mutex)：释放锁并阻塞，直至被唤醒。
  • wakeOne()：唤醒一个等待线程。
  • wakeAll()：唤醒所有等待线程。
• 示例：

  QMutex mutex;
  QWaitCondition cond;
  
  
  mutex.lock();
  cond.wait(&mutex); // 释放锁并等待
  mutex.unlock();
  
  
  // 唤醒线程
  cond.wakeOne();

5. 原子操作（QAtomicInt 等）

• 功能：通过硬件保证的原子性操作，适用于简单共享数据（如计数器）。
• 核心类：
  • QAtomicInt：原子整数操作。
  • QAtomicPointer：原子指针操作。
• 示例：

  QAtomicInt counter(0);
  counter.fetchAndAdd(1); // 原子自增

6. 自动锁管理类

• 功能：简化锁的获取和释放，避免死锁。
  • QMutexLocker：自动管理 QMutex。
  • QReadLocker/QWriteLocker：自动管理 QReadWriteLock 的读/写锁。
• 示例：

  void func() {
      QMutexLocker locker(&mutex); // 自动加锁
      // 临界区代码
      // 自动解锁（析构时调用）
  }

7. 事件队列与信号槽机制

• 功能：通过跨线程信号槽连接或 QMetaObject::invokeMethod() 实现线程间通信。
• 特点：
  • 队列连接确保槽函数在目标线程的事件循环中执行。
  • 避免直接同步的开销，但需手动保护共享数据。
• 示例：

  // 信号槽连接（队列模式）
  connect(thread, &MyThread::signal, receiver, &Receiver::slot, Qt::QueuedConnection);
  
  
  // 跨线程调用方法
  QMetaObject::invokeMethod(target, "method", Qt::QueuedConnection);

8. QThread::wait()

• 功能：阻塞当前线程，等待另一个线程结束。
• 注意：需谨慎使用以避免死锁。
• 示例：

  QThread thread;
  thread.start();
  // ...
  thread.wait(); // 阻塞直至线程结束

总结

Qt 提供了 8 种 线程同步方式，涵盖从低级原语（如互斥锁、信号量）到高级机制（如信号槽、事件队列）的全面解决方案。开发者可根据具体场景选择合适的同步方式，平衡安全性与性能。