如何保持GUI的响应流畅(QT平台)

引子

一般来说耗时较长的操作，分为计算密集型操作和IO密集型操作，对于这两类操作如何提高响应速度呢？

而从操作的本质上来说，操作又可分为不可分解操作，如在第三方库中耗时较长的操作，以及可分解操作，其中可分解操作又可细分为串行操作和可并行操作，如何针对这几类操作来提高响应速度呢？

如何将异步的操作，如网络库中异步的读取数据方法，变成同步的操作？

此外对于多线程，普遍的看法是可以提供程序的运行速度，其实不然，不正确地使用线程常常会使程序变慢，那么在QT中是否可以通过多线程以外的方法来提高响应速度呢？

下文将一一解答这些问题。

 

正文

首先什么是对GUI的响应？答：GUI的响应就是系统对于GUI事件的处理速度。

由于系统处理事件需要一定的时间，所以一般窗口系统都会提供一个事件队列来存储事件。如果把每个事件处理看成一个任务的话，那么事件处理就类似于操作系统对于任务按照优先级进行处理，使得每个任务的平均等待时间最小。那么就可以借鉴一下操作系统中的方法，比如：

分级，让较长的任务延后执行。

分时，对于较长的任务，让其执行一段时间后暂停，然后再执行。

减少每个任务运行的耗时，当然这是最基本的方法。

 

先看第一个分级，当一个事件处理程序知道自己将执行耗时很长的操作时，可以调用QCoreApplication::processEvents() 方法，等待消息队列中的方法都执行完再执行。当然这是一个最基本的方法，只适用与简单的情况，如果事件队列中的另一程序也调用了该方法则会出现死锁。

 

再看分时，它适用于可分解的操作（包括串行操作和并行操作），只需记录当前任务的执行情况，然后可以再次执行。它的使用流程如下：

Function EventHandler()
{
    //开始计时
    While(执行时间 < 用户可接受的响应时间)
    {
        //执行操作
    }
    //注册系统空闲事件以继续处理
}

在QT中注册系统空闲事件的方法可以通过QTimer::singleShot(0, this, SLOT(calculate()));将系统空闲信号注册到自己的槽中。或者使用QMetaObject::invokeMethod(this, "calculate", Qt::QueuedConnection);方法，通过invokeMethod异步的执行某个方法。

 

最后重点看一下如何减少响应的时间，对于数据密集型操作，推荐使用ThreadPool来管理，减少线程上下文切换的时间；而对于IO密集型操作，则自己管理一个thread来实现，而这也是我认为thread最应该使用的情景，即让CPU和外设都处于满负荷运转状态，减少总的操作时间。

 

对于并行操作响应时间的减少，在QT中引入了Qt Concurrent的概念，采用Map/Reduce的方式，具体可以参考QT中的Concurrent Programming节。

 

最后再解答下如何在QT中将异步操作改成同步操作的方法，这个就属于QT special的内容，一般的读者可以跳过。

具体的代码如下所示：

QNetworkAccessManager manager;
QEventLoop q;
QTimer tT;

tT.setSingleShot(true);
connect(&tT, SIGNAL(timeout()), &q, SLOT(quit()));
connect(&manager, SIGNAL(finished(QNetworkReply*)),
        &q, SLOT(quit()));
QNetworkReply *reply = manager.get(QNetworkRequest(QUrl("http://www.qtcentre.org")));

tT.start(5000); // 5s timeout
q.exec();

if(tT.isActive()){
    // download complete
    tT.stop();
} else {
    // timeout
}

其中主要利用了QEventLoop类，它将创建一个本地的Event loop，然后block，直到接受到finished信号，或者timeout超时信号后才退出，而事件循环则不会被block。

 

总结

本文分析了影响GUI响应速度的原因，通过类比操作系统对任务的优先级分派方式，探讨了对多种事件类型，提高其响应速度的方法，其中有些方法在其它平台也是通用的。