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  • C/C++ Qt QThread 线程组件应用

    QThread库是QT中提供的跨平台多线程实现方案,使用时需要继承QThread这个基类,并重写实现内部的Run方法,由于该库是基本库,默认依赖于QtCore.dll这个基础模块,在使用时无需引入其他模块.

    实现简单多线程: QThread库提供了跨平台的多线程管理方案,通常一个QThread对象管理一个线程,在使用是需要从QThread类继承并重写内部的Run方法,并在Run方法内部实现多线程代码.

    #include <QCoreApplication>
    #include <iostream>
    #include <QThread>
    
    class MyThread: public QThread
    {
    
    protected:
        volatile bool m_to_stop;
    
    protected:
        // 线程函数必须使用Run作为开始
        void run()
        {
            for(int x=0; !m_to_stop && (x <10); x++)
            {
                msleep(1000);
                std::cout << objectName().toStdString() << std::endl;
            }
        }
    
    public:
        MyThread()
        {
            m_to_stop = false;
        }
    
        // 用于设置结束符号为真
        void stop()
        {
            m_to_stop = true;
        }
    
        // 输出线程运行状态
        void is_run()
        {
            std::cout << "Thread Running = " << isRunning() << std::endl;
        }
    
        // 输出线程完成状态(是否结束)
        void is_finish()
        {
            std::cout << "Thread Finished = " << isFinished() << std::endl;
        }
    
    };
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        QCoreApplication a(argc, argv);
    
        // 定义线程数组
        MyThread thread[10];
    
        // 设置线程对象名字
        for(int x=0;x<10;x++)
        {
            thread[x].setObjectName(QString("thread => %1").arg(x));
        }
    
        // 批量调用run执行
        for(int x=0;x<10;x++)
        {
            thread[x].start();
            thread[x].is_run();
            thread[x].isFinished();
        }
    
        // 批量调用stop关闭
        for(int x=0;x<10;x++)
        {
            thread[x].wait();
            thread[x].stop();
    
            thread[x].is_run();
            thread[x].is_finish();
        }
    
        return a.exec();
    }
    

    向线程中传递参数: 线程在执行前可以通过调用MyThread中的自定义函数,并在函数内实现参数赋值,实现线程传参操作.

    #include <QCoreApplication>
    #include <iostream>
    #include <QThread>
    
    class MyThread: public QThread
    {
    protected:
        int m_begin;
        int m_end;
        int m_result;
    
        void run()
        {
            m_result = m_begin + m_end;
        }
    
    public:
        MyThread()
        {
            m_begin = 0;
            m_end = 0;
            m_result = 0;
        }
    
        // 设置参数给当前线程
        void set_value(int x,int y)
        {
            m_begin = x;
            m_end = y;
        }
    
        // 获取当前线程名
        void get_object_name()
        {
            std::cout << "this thread name => " << objectName().toStdString() << std::endl;
        }
    
        // 获取线程返回结果
        int result()
        {
            return m_result;
        }
    };
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        QCoreApplication a(argc, argv);
    
        MyThread thread[3];
    
        // 分别将不同的参数传入到线程函数内
        for(int x=0; x<3; x++)
        {
            thread[x].set_value(1,2);
            thread[x].setObjectName(QString("thread -> %1").arg(x));
            thread[x].start();
        }
    
        // 等待所有线程执行结束
        for(int x=0; x<3; x++)
        {
            thread[x].get_object_name();
            thread[x].wait();
        }
    
        // 获取线程返回值并相加
        int result = thread[0].result() + thread[1].result() + thread[2].result();
        std::cout << "sum => " << result << std::endl;
    
        return a.exec();
    }
    

    QMutex 互斥同步线程锁: QMutex类是基于互斥量的线程同步锁,该锁lock()锁定与unlock()解锁必须配对使用,线程锁保证线程间的互斥,利用线程锁能够保证临界资源的安全性.

    • 线程锁解决的问题: 多个线程同时操作同一个全局变量,为了防止资源的无序覆盖现象,从而需要增加锁,来实现多线程抢占资源时可以有序执行.
    • 临界资源(Critical Resource): 每次只允许一个线程进行访问 (读/写)的资源.
    • 线程间的互斥(竞争): 多个线程在同一时刻都需要访问临界资源.
    • 一般性原则: 每一个临界资源都需要一个线程锁进行保护.
    #include <QCoreApplication>
    #include <iostream>
    #include <QThread>
    #include <QMutex>
    
    static QMutex g_mutex;      // 线程锁
    static QString g_store;     // 定义全局变量
    
    class Producer : public QThread
    {
    protected:
        void run()
        {
            int count = 0;
    
            while(true)
            {
                // 加锁
                g_mutex.lock();
    
                g_store.append(QString::number((count++) % 10));
                std::cout << "Producer -> "<< g_store.toStdString() << std::endl;
    
                // 释放锁
                g_mutex.unlock();
                msleep(900);
            }
        }
    };
    
    class Customer : public QThread
    {
    protected:
        void run()
        {
            while( true )
            {
                g_mutex.lock();
                if( g_store != "" )
                {
                    g_store.remove(0, 1);
                    std::cout << "Curstomer -> "<< g_store.toStdString() << std::endl;
                }
    
                g_mutex.unlock();
                msleep(1000);
            }
        }
    };
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        QCoreApplication a(argc, argv);
    
        Producer p;
        Customer c;
    
        p.setObjectName("producer");
        c.setObjectName("curstomer");
    
        p.start();
        c.start();
    
        return a.exec();
    }
    

    QMutexLocker是在QMutex基础上简化版的线程锁,QMutexLocker会保护加锁区域,并自动实现互斥量的锁定和解锁操作,可以将其理解为是智能版的QMutex锁,该锁只需要在上方代码中稍加修改即可.

    #include <QMutex>
    #include <QMutexLocker>
    
    static QMutex g_mutex;      // 线程锁
    static QString g_store;     // 定义全局变量
    
    class Producer : public QThread
    {
    protected:
        void run()
        {
            int count = 0;
    
            while(true)
            {
    			// 增加智能线程锁
                QMutexLocker Locker(&g_mutex);
    
                g_store.append(QString::number((count++) % 10));
                std::cout << "Producer -> "<< g_store.toStdString() << std::endl;
    
                msleep(900);
            }
        }
    };
    

    互斥锁存在一个问题,每次只能有一个线程获得互斥量的权限,如果在程序中有多个线程来同时读取某个变量,那么使用互斥量必须排队,效率上会大打折扣,基于QReadWriteLock读写模式进行代码段锁定,即可解决互斥锁存在的问题.

    QReadWriteLock 读写同步线程锁: 该锁允许用户以同步读lockForRead()或同步写lockForWrite()两种方式实现保护资源,但只要有一个线程在以写的方式操作资源,其他线程也会等待写入操作结束后才可继续读资源.

    #include <QCoreApplication>
    #include <iostream>
    #include <QThread>
    #include <QMutex>
    #include <QReadWriteLock>
    
    static QReadWriteLock g_mutex;      // 线程锁
    static QString g_store;             // 定义全局变量
    
    class Producer : public QThread
    {
    protected:
        void run()
        {
            int count = 0;
    
            while(true)
            {
                // 以写入方式锁定资源
                g_mutex.lockForWrite();
    
                g_store.append(QString::number((count++) % 10));
    
                // 写入后解锁资源
                g_mutex.unlock();
    
                msleep(900);
            }
        }
    };
    
    class Customer : public QThread
    {
    protected:
        void run()
        {
            while( true )
            {
                // 以读取方式写入资源
                g_mutex.lockForRead();
                if( g_store != "" )
                {
                    std::cout << "Curstomer -> "<< g_store.toStdString() << std::endl;
                }
    
                // 读取到后解锁资源
                g_mutex.unlock();
                msleep(1000);
            }
        }
    };
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        QCoreApplication a(argc, argv);
    
        Producer p1,p2;
        Customer c1,c2;
    
        p1.setObjectName("producer 1");
        p2.setObjectName("producer 2");
    
        c1.setObjectName("curstomer 1");
        c2.setObjectName("curstomer 2");
    
        p1.start();
        p2.start();
    
        c1.start();
        c2.start();
    
        return a.exec();
    }
    

    QSemaphore 基于信号线程锁: 信号量是特殊的线程锁,信号量允许N个线程同时访问临界资源,通过acquire()获取到指定资源,release()释放指定资源.

    #include <QCoreApplication>
    #include <iostream>
    #include <QThread>
    #include <QSemaphore>
    
    const int SIZE = 5;
    unsigned char g_buff[SIZE] = {0};
    
    QSemaphore g_sem_free(SIZE); // 5个可生产资源
    QSemaphore g_sem_used(0);    // 0个可消费资源
    
    // 生产者生产产品
    class Producer : public QThread
    {
    protected:
        void run()
        {
            while( true )
            {
                int value = qrand() % 256;
    
                // 若无法获得可生产资源,阻塞在这里
                g_sem_free.acquire();
    
                for(int i=0; i<SIZE; i++)
                {
                    if( !g_buff[i] )
                    {
                        g_buff[i] = value;
                        std::cout << objectName().toStdString() << " --> " << value << std::endl;
                        break;
                    }
                }
    
                // 可消费资源数+1
                g_sem_used.release();
    
                sleep(2);
            }
        }
    };
    
    // 消费者消费产品
    class Customer : public QThread
    {
    protected:
        void run()
        {
            while( true )
            {
                // 若无法获得可消费资源,阻塞在这里
                g_sem_used.acquire();
    
                for(int i=0; i<SIZE; i++)
                {
                    if( g_buff[i] )
                    {
                        int value = g_buff[i];
    
                        g_buff[i] = 0;
                        std::cout << objectName().toStdString() << " --> " << value << std::endl;
                        break;
                    }
                }
    
                // 可生产资源数+1
                g_sem_free.release();
    
                sleep(1);
            }
        }
    };
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        QCoreApplication a(argc, argv);
    
        Producer p1;
        Customer c1;
    
        p1.setObjectName("producer");
        c1.setObjectName("curstomer");
    
        p1.start();
        c1.start();
    
        return a.exec();
    }
    
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