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【QT】子类化QThread实现多线程

这个是本文章实例的源码地址：https://gitee.com/CogenCG/QThreadExample.git

子类化QThread来实现多线程， QThread只有run函数是在新线程里的，其他所有函数都在QThread生成的线程里。正确启动线程的方法是调用QThread::start()来启动，如果直接调用run成员函数，这个时候并不会有新的线程产生（ 原因： 可以查看往期《QThread源码浅析》文章，了解下run函数是怎么被调用的）。

一、步骤

  • 子类化 QThread；
  • 重写run，将耗时的事件放到此函数执行；
  • 根据是否需要事件循环，若需要就在run函数中调用 QThread::exec() ，开启线程的事件循环。事件循环的作用可以查看往期《QThread源码浅析》文章中《QThread::run()源码》小节进行阅读；
  • 为子类定义信号和槽，由于槽函数并不会在新开的线程运行，所以需要在构造函数中调用 moveToThread(this)。 注意：虽然调用moveToThread(this)可以改变对象的线程依附性关系，但是QThread的大多数成员方法是线程的控制接口，QThread类的设计本意是将线程的控制接口供给旧线程（创建QThread对象的线程）使用。所以不要使用moveToThread()将该接口移动到新创建的线程中，调用moveToThread(this)被视为不好的实现。

接下来会通过 使用线程来实现计时器，并实时在UI上显示 的实例来说明不使用事件循环和使用事件循环的情况。（此实例使用QTimer会更方便，此处为了说明QThread的使用，故使用线程来实现）

二、不使用事件循环实例

InheritQThread.hpp

class InheritQThread:public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    InheritQThread(QObject *parent = Q_NULLPTR):QThread(parent){
        
    }
    
    void StopThread(){
        QMutexLocker lock(&m_lock);
        m_flag = false;
    }
    
protected:
    //线程执行函数
    void run(){
        qDebug()<<"child thread = "<<QThread::currentThreadId();
        int i=0;
        m_flag = true;
        
        while(1)
        {
            ++i;
            emit ValueChanged(i); //发送信号不需要事件循环机制
            QThread::sleep(1);
            
            {
                QMutexLocker lock(&m_lock);
                if( !m_flag )
                    break;
            }
            
        }
    }
    
signals:
    void ValueChanged(int i);
    
public:
    bool m_flag;
    QMutex m_lock;
};

mainwindow.hpp

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit MainWindow(QWidget *parent = nullptr) :
        QMainWindow(parent),
        ui(new Ui::MainWindow){
        ui->setupUi(this);
        
        qDebug()<<"GUI thread = "<<QThread::currentThreadId();
        WorkerTh = new InheritQThread(this);
        connect(WorkerTh, &InheritQThread::ValueChanged, this, &MainWindow::setValue);
    }
    
    ~MainWindow(){
        delete ui;
    }
    
public slots:
    void setValue(int i){
        ui->lcdNumber->display(i);
    }
    
private slots:
    void on_startBt_clicked(){
        WorkerTh->start();
    }
    
    void on_stopBt_clicked(){
        WorkerTh->StopThread();
    }
    
    void on_checkBt_clicked(){
        if(WorkerTh->isRunning()){
            ui->label->setText("Running");
        }else{
            ui->label->setText("Finished");
        }
    }
    
private:
    Ui::MainWindow *ui;
    InheritQThread *WorkerTh;
};

在使用多线程的时候，如果出现共享资源使用，需要注意资源抢夺的问题，例如上述InheritQThread类中m_flag变量就是一个多线程同时使用的资源，上面例子使用 QMutexLocker+QMutex 的方式对临界资源进行安全保护使用，其实际是使用了 RAII技术：（Resource Acquisition Is Initialization）,也称为“资源获取就是初始化”，是C++语言的一种管理资源、避免泄漏的惯用法。C++标准保证任何情况下，已构造的对象最终会销毁，即它的析构函数最终会被调用。简单的说，RAII 的做法是使用一个对象，在其构造时获取资源，在对象生命期控制对资源的访问使之始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源。具体 QMutexLocker+QMutex 互斥锁的原理以及使用方法，在这里就不展开说了，这个知识点网上有很多非常好的文章。

效果：

（1）在不点【start】按键的时候，点击【check thread state】按钮检查线程状态，该线程是未开启的。

（2）按下【start】后效果如下，并查看终端消息打印信息：


只有调用了QThread::start()后，子线程才是真正的启动，并且只有在run()函数才处于子线程内。

（3）我们再试一下点击【stop】按钮，然后检查线程的状态：

点击【stop】按钮使 m_flag = false， 此时run函数也就可以跳出死循环，并且停止了线程的运作，之后我们就不能再次使用该线程了，也许有的人说，我再一次start不就好了吗？再一次start已经不是你刚才使用的线程了，这是start的是一个全新的线程。到此子类化 QThread ，不使用事件循环的线程使用就实现了，就这么简单。

三、使用事件循环实例

run函数中的 while 或者 for 循环执行完之后，如果还想让线程保持运作，后期继续使用，那应该怎么做？
可以启动子线程的事件循环，并且使用信号槽的方式继续使用子线程。注意：一定要使用信号槽的方式，否则函数依旧是在创建QThread对象的线程执行。

  • 在run函数中添加QThread::exec()来启动事件循环。（注意： 在没退出事件循环时，QThread::exec()后面的语句都无法被执行，退出后程序会继续执行其后面的语句）；
  • 为QThread子类定义信号和槽；
  • 在QThread子类构造函数中调用 moveToThread(this)（注意： 可以实现构造函数在子线程内执行，但此方法不推荐，更好的方法会在后期的文章进行介绍）。

接着上述的实例，在InheritQThread类构造函数中添加并且调用moveToThread(this)；在run函数中添加exec()；并定义槽函数：

/**************在InheritQThread构造函数添加moveToThread(this)**********/
InheritQThread(QObject *parent = Q_NULLPTR):QThread(parent){
        moveToThread(this); 
    }

/**************在InheritQThread::run函数添加exec()***************/
void run(){
    qDebug()<<"child thread = "<<QThread::currentThreadId();

    int i=0;
    m_flag = true;

    while(1)
    {
        ++i;

        emit ValueChanged(i);
        QThread::sleep(1);

        {
            QMutexLocker lock(&m_lock);
            if( !m_flag )
                break;
        }
    }
    
    exec(); //开启事件循环
    }

/************在InheritQThread类中添加QdebugSlot()槽函数***************/
public slots:
    void QdebugSlot(){
        qDebug()<<"QdebugSlot function is in thread:"<<QThread::currentThreadId();
    }

在MainWindow类中添加QdebugSignal信号；在构造函数中将QdebugSignal信号与InheritQThread::QdebugSlot槽函数进行绑；添加一个发送QdebugSignal信号的按钮：

/**********在MainWindow构造函数中绑定信号槽******************/
explicit MainWindow(QWidget *parent = nullptr) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow){

    qDebug()<<"GUI thread = "<<QThread::currentThreadId();

    ui->setupUi(this);
    WorkerTh = new InheritQThread(this);
    connect(WorkerTh, &InheritQThread::ValueChanged, this, &MainWindow::setValue);
    connect(this, &MainWindow::QdebugSignal, WorkerTh, &InheritQThread::QdebugSlot); //绑定信号槽
}

/********MainWindow类中添加信号QdebugSignal槽以及按钮事件槽函数**********/
signals:
    void QdebugSignal(); //添加QdebugSignal信号
private slots:
    //按钮的事件槽函数
    void on_SendQdebugSignalBt_clicked()
    {
        emit QdebugSignal();
    }

实现事件循环的程序已修改完成，来看下效果：

（1）在运行的时候为什么会出现以下警告？

QObject::moveToThread: Cannot move objects with a parent

我们看到MainWindow类中是这样定义InheritQThread类对象的：WorkerTh = new InheritQThread(this)。如果需要使用moveToThread()来改变对象的依附性，其创建时不能够带有父类。将语句改为：WorkerTh = new InheritQThread()即可。

（2）修改完成后，点击【start】启动线程，然后点击【stop】按钮跳出run函数中的while循环，最后点击【check thread state】按钮来检查线程的状态，会是什么样的情况呢？

由上图可以看到，线程依旧处于运行状态，这是因为run函数中调用了exec()，此时线程正处于事件循环中。

（3）接下来再点击【Send QdebugSignal】按钮来发送QdebugSignal信号。

由终端的打印信息得知，InheritQThread::QdebugSlot槽函数是在子线程中执行的。

四、子类化QThread线程的信号与槽

从上图可知，事件循环是一个无止尽循环，事件循环结束之前，exec()函数后的语句无法得到执行。只有槽函数所在线程开启了事件循环，它才能在对应信号发射后被调用。无论事件循环是否开启，信号发送后会直接进入槽函数所依附的线程的事件队列，然而，只有开启了事件循环，对应的槽函数才会在线程中得到调用。下面通过几种情况来验证下：

（1）代码和《三、使用事件循环》小节的代码一样，然后进行如下的操作：点击【start】按钮->再点击【Send QdebugSignal】按钮，这个时候槽函数会不会被执行呢？


这种情况无论点多少次发送QdebugSignal信号，InheritQThread::QdebugSlot槽函数都不会执行。因为当前线程还处于while循环当中，如果需要实现槽函数在当前线程中执行，那么当前线程就应该处于事件循环的状态，也就是正在执行exec()函数。所以如果需要InheritQThread::QdebugSlot槽函数执行，就需要点击【stop】按钮退出while循环，让线程进入事件循环。

（2）在《三、使用事件循环》小节的代码基础上，把InheritQThread::run函数删除，然后进行如下的操作：点击【start】启动线程->点击【stop】按钮跳出run函数中的while循环进入事件循环->点击【Send QdebugSignal】按钮来发送QdebugSignal信号，会有什么结果呢？

结果会和上面第一种情况一样，虽然信号已经在子线程的事件队列上，但是由于子线程没有事件循环，所以槽函数永远都不会被执行。

（3）在上面《三、使用事件循环》小节的代码基础上，将InheritQThread构造函数中的 moveToThread(this) 去除掉。进行如下操作：点击【start】启动线程->点击【stop】按钮跳出run函数中的while循环进入事件循环->点击【Send QdebugSignal】按钮来发送QdebugSignal信号，会有什么结果呢？

由上图可以看出InheritQThread::QdebugSlot槽函数居然是在GUI主线程中执行了。因为InheritQThread对象我们是在主线程中new出来的，如果不使用moveToThread(this)来改变对象的依附性关系，那么InheritQThread对象就是属于GUI主线程，根据connect信号槽的执行规则，最终槽函数会在对象所依赖的线程中执行。信号与槽绑定的connect函数的细节会在后期的《跨线程的信号槽》文章进行单独介绍。

五、如何正确退出线程并释放资源

InheritQThread类的代码不变动，和上述的代码一样：

#ifndef INHERITQTHREAD_H
#define INHERITQTHREAD_H
#include <QThread>
#include <QMutex>
#include <QMutexLocker>
#include <QDebug>

class InheritQThread:public QThread
{
    Q_OBJECT

public:
    InheritQThread(QObject *parent = Q_NULLPTR):QThread(parent){
        moveToThread(this);
    }

    void StopThread(){
        QMutexLocker lock(&m_lock);
        m_flag = false;
    }

protected:
    //线程执行函数
    void run(){
        qDebug()<<"child thread = "<<QThread::currentThreadId();

        int i=0;
        m_flag = true;

        while(1)
        {
            ++i;

            emit ValueChanged(i);
            QThread::sleep(1);

            {
                QMutexLocker lock(&m_lock);
                if( !m_flag )
                    break;
            }
        }

        exec();
    }

signals:
    void ValueChanged(int i);

public slots:
    void QdebugSlot(){
        qDebug()<<"QdebugSlot function is in thread:"<<QThread::currentThreadId();
    }

public:
    bool m_flag;
    QMutex m_lock;
};

#endif // INHERITQTHREAD_H

MainWindow类添加ExitBt、TerminateBt两个按钮，用于调用WorkerTh->exit(0)、WorkerTh->terminate()退出线程函数。由往期《QThread源码浅析》文章中《QThread::quit()、QThread::exit()、QThread::terminate()源码》小节得知调用quit和exit是一样的，所以本处只添加了ExitBt按钮：

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>
#include "ui_mainwindow.h"
#include "InheritQThread.h"
#include <QThread>
#include <QDebug>

namespace Ui {
class MainWindow;
}

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit MainWindow(QWidget *parent = nullptr) :
        QMainWindow(parent),
        ui(new Ui::MainWindow){

        qDebug()<<"GUI thread = "<<QThread::currentThreadId();

        ui->setupUi(this);
        WorkerTh = new InheritQThread();
        connect(WorkerTh, &InheritQThread::ValueChanged, this, &MainWindow::setValue);

        connect(this, &MainWindow::QdebugSignal, WorkerTh, &InheritQThread::QdebugSlot);
    }

    ~MainWindow(){
        delete ui;
    }

signals:
    void QdebugSignal();

public slots:
    void setValue(int i){
        ui->lcdNumber->display(i);
    }

private slots:
    void on_startBt_clicked(){
        WorkerTh->start();
    }

    void on_stopBt_clicked(){
        WorkerTh->StopThread();
    }

    void on_checkBt_clicked(){
        if(WorkerTh->isRunning()){
            ui->label->setText("Running");
        }else{
            ui->label->setText("Finished");
        }
    }

    void on_SendQdebugSignalBt_clicked(){
        emit QdebugSignal();
    }

    void on_ExitBt_clicked(){
        WorkerTh->exit(0);
    }

    void on_TerminateBt_clicked(){
        WorkerTh->terminate();
    }

private:
    Ui::MainWindow *ui;
    InheritQThread *WorkerTh;
};

#endif // MAINWINDOW_H

运行上述的例程，点击【start】启动线程按钮，然后直接点击【exit(0)】或者【terminate()】，这样会直接退出线程吗？
点击【exit(0)】按钮（猛点）

点击【terminate()】按钮（就点一点）

由上述情况我们可以看到上面例程的线程启动之后，无论怎么点击【start】按钮，线程都不会退出，点击【terminate()】按钮的时候就会立刻退出当前线程。由往期《QThread源码浅析》文章中《QThread::quit()、QThread::exit()、QThread::terminate()源码》小节可以得知，若使用QThread::quit()、QThread::exit()来退出线程，该线程就必须要在事件循环的状态（也就是正在执行exec()），线程才会退出。而QThread::terminate()不管线程处于哪种状态都会强制退出线程，但这个函数存在非常多不安定因素，不推荐使用。我们下面来看看如何正确退出线程。

（1）如何正确退出线程？

  • 如果线程内没有事件循环，那么只需要用一个标志变量来跳出run函数的while循环，这就可以正常退出线程了。
  • 如果线程内有事件循环，那么就需要调用QThread::quit()或者QThread::exit()来结束事件循环。像刚刚举的例程，不仅有while循环，循环后面又有exec()，那么这种情况就需要先让线程跳出while循环，然后再调用QThread::quit()或者QThread::exit()来结束事件循环。如下：

注意：尽量不要使用QThread::terminate()来结束线程，这个函数存在非常多不安定因素。

（2）如何正确释放线程资源？

退出线程不代表线程的资源就释放了，退出线程只是把线程停止了而已，那么QThread类或者QThread派生类的资源应该如何释放呢？直接 delete QThread类或者派生类的指针吗？当然不能这样做，千万别手动delete线程指针，手动delete会发生不可预料的意外。理论上所有QObject都不应该手动delete，如果没有多线程，手动delete可能不会发生问题，但是多线程情况下delete非常容易出问题，那是因为有可能你要删除的这个对象在Qt的事件循环里还排队，但你却已经在外面删除了它，这样程序会发生崩溃。 线程资源释放分为两种情况，一种是在创建QThread派生类时，添加了父对象，例如在MainWindow类中WorkerTh = new InheritQThread(this)让主窗体作为InheritQThread对象的父类；另一种是不设置任何父类，例如在MainWindow类中WorkerTh = new InheritQThread()。

  • 1、创建QThread派生类，有设置父类的情况：

这种情况，QThread派生类的资源都让父类接管了，当父对象被销毁时，QThread派生类对象也会被父类delete掉，我们无需显示delete销毁资源。但是子线程还没结束完，主线程就destroy掉了(WorkerTh的父类是主线程窗口，主线程窗口如果没等子线程结束就destroy的话，会顺手把WorkerTh也delete这时就会奔溃了)。 注意：这种情况不能使用moveToThread(this)改变对象的依附性。 因此我们应该把上面MainWindow类的构造函数改为如下：

~MainWindow(){
    WorkerTh->StopThread();//先让线程退出while循环
    WorkerTh->exit();//退出线程事件循环
    WorkerTh->wait();//挂起当前线程，等待WorkerTh子线程结束
    delete ui;
}
  • 2、创建QThread派生类，没有设置父类的情况：

也就是没有任何父类接管资源了，又不能直接delete QThread派生类对象的指针，但是QObject类中有 void QObject::deleteLater () [slot] 这个槽，这个槽非常有用，后面会经常用到它用于安全的线程资源销毁。我们通过查看往期《QThread源码浅析》文章中《QThreadPrivate::start()源码》小节可知线程结束之后会发出 QThread::finished() 的信号，我们将这个信号和 deleteLater 槽绑定，线程结束后调用deleteLater来销毁分配的内存。
在MainWindow类构造函数中，添加以下代码：

connect(WorkerTh, &QThread::finished, WorkerTh, &QObject::deleteLater)

~MainWindow()析构函数可以把 wait()函数去掉了，因为该线程的资源已经不是让主窗口来接管了。当我们启动线程之后，然后退出主窗口或者直接点击【stop】+【exit()】按钮的时候，会出现以下的警告：

QThread::wait: Thread tried to wait on itself
QThread: Destroyed while thread is still running

为了让子线程能够响应信号并在子线程执行槽函数，我们在InheritQThread类构造函数中添加了 moveToThread(this) ，此方法是官方极其不推荐使用的方法。那么现在我们就遇到了由于这个方法引发的问题，我们把moveToThread(this)删除，程序就可以正常结束和释放资源了。那如果要让子线程能够响应信号并在子线程执行槽函数，这应该怎么做？在下一期会介绍一个官方推荐的《子类化QObject+moveToThread》的方法。

六、小结

  • QThread只有run函数是在新线程里；
  • 如果必须需要实现在线程内执行槽的情景，那就需要在QThread的派生类构造函数中调用moveToThread(this)，并且在run函数内执行QThread::exec()开启事件循环；（极其不推荐使用moveToThread(this)，下一期会介绍一种安全可靠的方法）
  • 若需要使用事件循环，需要在run函数中调用QThread::exec()；
  • 尽量不要使用terminate()来结束线程，可以使用bool标志位退出或者在线程处于事件循环时调用QThread::quit、QThread::exit来退出线程；
  • 善用QObject::deleteLater来进行内存管理；
  • 在QThread执行start函数之后，run函数还未运行完毕，再次start，不会发生任何结果；
  • 子类化QThread多线程的方法适用于后台执行长时间的耗时操作、单任务执行的、无需在线程内执行槽的情景。

这个是本文章实例的源码地址：https://gitee.com/CogenCG/QThreadExample.git

posted @ 2020-11-09 08:18  李春港  阅读(2718)  评论(0)  编辑  收藏  举报