【QT】QThread源码浅析

作者：李春港
出处： https://www.cnblogs.com/lcgbk/p/13940142.html

本章会挑出QThread源码中部分重点代码来说明QThread启动到结束的过程是怎么调度的。其次因为到了Qt4.4版本，Qt的多线程就有所变化，所以本章会以Qt4.0.1和Qt5.6.2版本的源码来进行浅析。

一、QThread类的定义源码

Qt4.0.1版本源码：

#ifndef QT_NO_THREAD
class Q_CORE_EXPORT QThread : public QObject
{
public:
    ...//省略
    explicit QThread(QObject *parent = 0);
    ~QThread();
    ...//省略
    void exit(int retcode = 0);

public slots:
    void start(QThread::Priority = InheritPriority); //启动线程函数
    void terminate(); //强制退出线程函数
    void quit(); //线程退出函数
    ...//省略
signals:
    void started(); //线程启动信号
    void finished(); //线程结束信号
    ...//省略
    
protected:
    virtual void run() = 0;
    int exec();
    ...//省略
};
#else // QT_NO_THREAD

Qt5.6.2版本源码：

#ifndef QT_NO_THREAD
class Q_CORE_EXPORT QThread : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    ...//省略
    explicit QThread(QObject *parent = Q_NULLPTR);
    ~QThread();
    ...//省略
    void exit(int retcode = 0); //线程退出函数
    ...//省略
public Q_SLOTS:
    void start(Priority = InheritPriority); //启动线程函数
    void terminate(); //强制退出线程函数
    void quit(); //线程退出函数
    ...//省略
Q_SIGNALS:
    void started(QPrivateSignal); //线程启动信号
    void finished(QPrivateSignal); //线程结束信号
    
protected:
    virtual void run();
    int exec();
    ...//省略
};
#else // QT_NO_THREAD

从以上两个版本的代码可以看出，这些函数在声明上基本没什么差异，但是仔细看，两个版本的 run() 函数声明的是不是不一样？

• Qt4.0.1版本run() 函数是纯虚函数，即此类为抽象类不可以创建实例，只可以创建指向该类的指针，也就是说如果你需要使用QThread来实现多线程，就必须实现QThread的派生类并且实现 run() 函数；
• Qt5.6.2版本的run() 函数是虚函数，继承QThread类时，可以重新实现 run() 函数，也可以不实现。

注：我查看了多个Qt版本的源码，发现出现以上差异的版本是从Qt4.4开始的。从Qt4.4版本开始，QThread类就不再是抽象类了。

二、QThread::start()源码

再来看看QThread::start()源码，Qt4.0.1版本和Qt5.6.2版本此部分的源码大同小异，所以以Qt5.6.2版本的源码为主，如下：

void QThread::start(Priority priority)
{
    Q_D(QThread);
    QMutexLocker locker(&d->mutex);
 
    if (d->isInFinish) {
        locker.unlock();
        wait();
        locker.relock();
    }
 
    if (d->running)
        return;
        
    ... ... // 此部分是d指针配置
 
#ifndef Q_OS_WINRT

    ... ... // 此部分为注释
    
    d->handle = (Qt::HANDLE) _beginthreadex(NULL, d->stackSize, QThreadPrivate::start,
                                            this, CREATE_SUSPENDED, &(d->id));
#else // !Q_OS_WINRT
    d->handle = (Qt::HANDLE) CreateThread(NULL, d->stackSize, (LPTHREAD_START_ROUTINE)QThreadPrivate::start,
                                            this, CREATE_SUSPENDED, reinterpret_cast<LPDWORD>(&d->id));
#endif // Q_OS_WINRT
 
    if (!d->handle) {
        qErrnoWarning(errno, "QThread::start: Failed to create thread");
        d->running = false;
        d->finished = true;
        return;
    }
 
    int prio;
    d->priority = priority;
    switch (d->priority) {
    
    ... ... // 此部分为线程优先级配置
    
    case InheritPriority:
    default:
        prio = GetThreadPriority(GetCurrentThread());
        break;
    }
 
    if (!SetThreadPriority(d->handle, prio)) {
        qErrnoWarning("QThread::start: Failed to set thread priority");
    }
 
    if (ResumeThread(d->handle) == (DWORD) -1) {
        qErrnoWarning("QThread::start: Failed to resume new thread");
    }
}

挑出里面的重点来说明：

（1）Q_D()宏定义

在看源码的时候，当时比较好奇start函数的第一条语句 Q_D()宏定义 是什么意思，所以就看了下源码，在此也顺便讲讲，Q_D() 源码是一个宏定义，如下：

#define Q_D(Class) Class##Private * const d = d_func()

此处利用了预处理宏里的 ## 操作符：连接前后两个符号，变成一个新的符号。将Q_D(QThread)展开后，变成：QThreadPrivate * const d = d_func()。

（2）_beginthreadex()函数
上面d->handle = (Qt::HANDLE) _beginthreadex ( NULL, d->stackSize, QThreadPrivate::start, this, CREATE_SUSPENDED, &( d->id ) ) 语句中的函数是创建线程的函数，其原型以及各参数的说明如下：

unsigned long _beginthreadex( 
 
void *security,       // 安全属性，NULL为默认安全属性
 
unsigned stack_size,  // 指定线程堆栈的大小。如果为0，则线程堆栈大小和创建它的线程的相同。一般用0
 
unsigned ( __stdcall *start_address )( void * ), 
                      // 指定线程函数的地址，也就是线程调用执行的函数地址(用函数名称即可，函数名称就表示地址)
 
void *arglist,        // 传递给线程的参数的指针，可以通过传入对象的指针，在线程函数中再转化为对应类的指针
                        //如果传入this，这个this表示调用QThread::start的对象地址，也就是QThread或者其派生类对象本身
 
unsigned initflag,    // 线程初始状态，0:立即运行；CREATE_SUSPEND：suspended（悬挂）
 
unsigned *thrdaddr    // 用于记录线程ID的地址
 
);

三、QThreadPrivate::start()源码

从QThread::start()源码可以知道，QThreadPrivate::start是重点，其实际就是调用了QThreadPrivate::start(this)，这个 this 表示调用QThread::start的对象地址，也就是QThread或者其派生类对象本身。因为两个Qt版本此部分的源码大同小异，所以本部分主要是以5.6.2版本的源码为主，其源码以及说明如下：

// 参数arg就是上面所说的this
unsigned int __stdcall QT_ENSURE_STACK_ALIGNED_FOR_SSE QThreadPrivate::start(void *arg)
{
    QThread *thr = reinterpret_cast<QThread *>(arg);
    QThreadData *data = QThreadData::get2(thr);
 
    // 创建线程局部存储变量，存放线程id
    qt_create_tls();
    TlsSetValue(qt_current_thread_data_tls_index, data);
    data->threadId = reinterpret_cast<Qt::HANDLE>(quintptr(GetCurrentThreadId()));
 
    QThread::setTerminationEnabled(false);
 
    {
        QMutexLocker locker(&thr->d_func()->mutex);
        data->quitNow = thr->d_func()->exited;
    }
 
    if (data->eventDispatcher.load()) // custom event dispatcher set?
        data->eventDispatcher.load()->startingUp();
    else
        createEventDispatcher(data);
        
    ...//省略
    
    emit thr->started(QThread::QPrivateSignal()); // 发射线程启动信号
    QThread::setTerminationEnabled(true);
    thr->run(); // 调用QThread::run()函数 -- 线程函数
 
    finish(arg); //结束线程
    return 0;
}

由上述源码可以看出，实际上 run() 函数是在这里调用的，并且发出了 started() 启动信号，等到 run() 函数执行完毕，最后是调用了 QThreadPrivate::finish 函数结束线程，并且在finish内会发出 QThread::finished() 线程已结束的信号。

四、QThread::run()源码

再看看QThread::run()函数的源码。在上面 《2.1 QThread类的定义源码》的小节，我们可以看到两个Qt版本声明此方法的方式不一样，Qt-4.0版本将此定义为了纯虚函数，而Qt-5.6版本将此定义为了虚函数，那我们就看看Qt-5.6版本中，QThread::run()是如何定义的，如下：

void QThread::run()
{
    (void) exec();
}

1. 每一个 Qt 应用程序至少有一个 事件循环 ，就是调用了 QCoreApplication::exec() 的那个事件循环。不过，QThread也可以开启事件循环。只不过这是一个受限于线程内部的事件循环。因此我们将处于调用main()函数的那个线程，并且由 QCoreApplication::exec() 创建开启的那个事件循环成为 主事件循环 ，或者直接叫 主循环 。注意，QCoreApplication::exec()只能在调用main()函数的线程调用。主循环所在的线程就是主线程，也被成为 GUI 线程，因为所有有关 GUI 的操作都必须在这个线程进行。QThread的局部事件循环则可以通过在 QThread::run() 中调用 QThread::exec() 开启。

2. 我们通过以上源码可以看到，它的定义很简单，就是调用了一个函数：QThread::exec() 开启线程中的 事件循环 ，我们也可以通过继承QThread，重写run()函数的方式，让其实现相对复杂的逻辑代码。如果你的线程需要将某些槽函数在本线程完成的话，就必须开启事件循环，否则在线程内无法响应各种信号并作出相应的行为。

小结： 比Qt-4.4版本更早的版本中，我们使用QThread启动线程时，就必须要实现继承于QThread的派生类，并且一定要重写run函数，若需要使用事件循环，就需要在run函数中添加exec()。到了Qt4.4版本之后（包括Qt4.4版本），QThread就不是抽象类了，不派生也可以实例化，在不重写QThread::run()方法，start启动线程是默认启动事件循环的。

注：当程序跑到了exec()代码时，位于exec()后面的代码就不会再被执行，除非我们使用quit、exit等退出语句来退出事件循环，退出后，程序才会继续执行位于exec()后面的代码。

五、QThread::quit()、QThread::exit()、QThread::terminate()源码

线程停止函数的区别，从Qt源码来分析：

（1）QThread::quit()、QThread::exit()

//QThread::quit()声明
void quit();
//QThread::quit()定义
void QThread::quit()
{ exit(); }

//QThread::exit()声明
void exit(int retcode = 0);
//QThread::exit()定义
void QThread::exit(int returnCode)
{
    Q_D(QThread);
    QMutexLocker locker(&d->mutex);
    d->exited = true;
    d->returnCode = returnCode;
    d->data->quitNow = true;
    for (int i = 0; i < d->data->eventLoops.size(); ++i) {
        QEventLoop *eventLoop = d->data->eventLoops.at(i);
        eventLoop->exit(returnCode);
    }
}

由以上源码可知，QThread::quit() 和 QThread::exit(0) 的调用是等效的，都是告诉线程的事件循环，以返回码0（成功）退出。如果线程没有事件，则此函数不执行任何操作，也就是无效的。当线程拥有事件循环并且正处于 事件循环（QThread::exec()） 的状态时，调用 QThread::quit()或者QThread::exit() 线程就会马上停止，否则不会立刻停止线程，直到线程处于事件循环也就是正在执行 QThread::exec() 时，才会停止线程。

如果重复调用 QThread::quit()或者QThread::exit() 会有什么影响吗？
重复调用 QThread::quit()或者QThread::exit() 也不会有什么影响，因为只有拥有事件循环的线程，这两个函数才会生效停止线程的功能。

（2）QThread::terminate()

void QThread::terminate()
{
    Q_D(QThread);
    QMutexLocker locker(&d->mutex);
    if (!d->running)
        return;
    if (!d->terminationEnabled) {
        d->terminatePending = true;
        return;
    }

// Calling ExitThread() in setTerminationEnabled is all we can do on WinRT
#ifndef Q_OS_WINRT
    TerminateThread(d->handle, 0);
#endif
    QThreadPrivate::finish(this, false); //结束线程函数
}

在这个函数定义的最后一个语句，是调用了 QThreadPrivate::finish(this, false); 函数，其函数作用是直接退出线程，无论线程是否开启了事件循环都会生效，会马上终止一个线程，但这个函数存在非常不安定因素，不推荐使用。

如果重复调用 QThread::terminate() 会有什么影响吗？
没有影响。我们可以看到函数体里面的第三条语句，它首先会判断线程是否还在运行中，如果不是，会直接退出函数，就不会继续往下执行调用QThreadPrivate::finish(this, false); 函数了。

六、章节小结

相信看了以上的一些QThread源码，都大概知道了QThread类的本质以及QThread开启到结束的过程。这里我再简单总结下：

（1）QThread的本质：

• QThread 是用来管理线程的，它所依附的线程和它管理的线程并不是同一个东西；
• QThread 所依附的线程，就是执行 QThread t 或 QThread * t=new QThread 所在的线程；
• QThread 管理的线程，就是 run 启动的线程，也就是次线程。

（2）在这里针对Qt4.4版本之后（包括Qt4.4版本）简单汇总一下线程启动到结束的过程：

• QThread对象或者QThread派生类对象显式调用QThread类中的外部start()方法；
• QThread::start()方法再调用QThreadPrivate::start()方法；
• 在QThreadPrivate::start()方法内调用了QThread::run()虚函数，对使用者来说到了这里才是真正进入了一个新的线程里面。也就是说定义QThread对象或者QThread派生类对象的时候，还是在原来的线程里面，只有进入run函数才是进入了新的线程；
• 在QThreadPrivate::start()方法调用QThread::run()虚函数结束后，就会继续调用QThreadPrivate::finish()函数来结束线程，并发出线程结束的信号finished()。

（3）QThread::quit()、QThread::exit()、QThread::terminate()：

• 对线程重复使用这三个停止线程的函数，没有任何影响；
• 尽量不要使用QThread::terminate()停止线程，此方式是强制退出线程，没有安全保障。
• 调用QThread::quit()和QThread::exit()一样。

（4）Qt各版本QThread类的变化：

• Qt4.4版本之前QThread类是属于抽象类， Qt4.4版本之后（包括4.4版本）不是抽象类。