一文詳解Qt中線程的實際應(yīng)用
為了讓程序盡快響應(yīng)用戶操作，在開發(fā)應(yīng)用程序時經(jīng)常會使用到線程。對于耗時操作如果不使用線程，UI界面將會長時間處于停滯狀態(tài)，這種情況是用戶非常不愿意看到的，我們可以用線程來解決這個問題。
大多數(shù)情況下，多線程耗時操作會與UI進(jìn)行交互，比如：顯示進(jìn)度、加載等待。。。讓用戶明確知道目前的狀態(tài)，并對結(jié)果有一個直觀的預(yù)期，甚至有趣巧妙的設(shè)計，能讓用戶愛上等待，把等待看成一件很美好的事。
1、多線程操作UI界面的示例
下面，是一個使用多線程操作UI界面的示例 - 更新進(jìn)度條，采用子類化QThread的方式。與此同時，分享在此過程中有可能遇到的問題及解決方法。
首先創(chuàng)建QtGui應(yīng)用，工程名稱為“myThreadBar”，類名選擇“QMainWindow”，其他選項保持默認(rèn)即可。再添加一個名稱為WorkerThread的頭文件，定義一個WorkerThread類，讓其繼承自QThread，并重寫run()函數(shù)，修改workerthread.h文件如下：
#ifndef WORKERTHREAD_H
#define WORKERTHREAD_H
#include <QThread>
#include <QDebug>
class WorkerThread : public QThread
{
Q_OBJECT
public:
explicit WorkerThread(QObject *parent = 0)
: QThread(parent)
{
qDebug() << "Worker Thread : " << QThread::currentThreadId();
}
protected:
virtual void run() Q_DECL_OVERRIDE
{
qDebug() << "Worker Run Thread : " << QThread::currentThreadId();
int nValue = 0;
while (nValue < 100)
{
// 休眠50毫秒
msleep(50);
++nValue;
// 準(zhǔn)備更新
emit resultReady(nValue);
}
}
signals:
void resultReady(int value);
};
#endif // WORKERTHREAD_H通過在run()函數(shù)中調(diào)用msleep(50)，線程會每隔50毫秒讓當(dāng)前的進(jìn)度值加1，然后發(fā)射一個resultReady()信號，其余時間什么都不做。在這段空閑時間，線程不占用任何的系統(tǒng)資源。當(dāng)休眠時間結(jié)束，線程就會獲得CPU時鐘，將繼續(xù)執(zhí)行它的指令。
再在mainwindow.ui上添加一個按鈕和進(jìn)度條部件，然后mainwindow.h修改如下：
#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H
#include <QMainWindow>
#include "workerthread.h"
namespace Ui {
class MainWindow;
}
class MainWindow : public QMainWindow
{
Q_OBJECT
public:
explicit MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
~MainWindow();
private slots:
// 更新進(jìn)度
void handleResults(int value);
// 開啟線程
void startThread();
private:
Ui::MainWindow *ui;
WorkerThread m_workerThread;
};
#endif // MAINWINDOW_H然后mainwindow.cpp修改如下：
#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
QMainWindow(parent),
ui(new Ui::MainWindow)
{
ui->setupUi(this);
qDebug() << "Main Thread : " << QThread::currentThreadId();
// 連接信號槽
this->connect(ui->pushButton, SIGNAL(clicked(bool)), this, SLOT(startThread()));
}
MainWindow::~MainWindow()
{
delete ui;
}
void MainWindow::handleResults(int value)
{
qDebug() << "Handle Thread : " << QThread::currentThreadId();
ui->progressBar->setValue(value);
}
void MainWindow::startThread()
{
WorkerThread *workerThread = new WorkerThread(this);
this->connect(workerThread, SIGNAL(resultReady(int)), this, SLOT(handleResults(int)));
// 線程結(jié)束后，自動銷毀
this->connect(workerThread, SIGNAL(finished()), workerThread, SLOT(deleteLater()));
workerThread->start();
}由于信號與槽連接類型默認(rèn)為“Qt::AutoConnection”，在這里相當(dāng)于“Qt::QueuedConnection”。也就是說，槽函數(shù)在接收者的線程（主線程）中執(zhí)行。
執(zhí)行程序，“應(yīng)用程序輸出”窗口輸出如下：
Main Thread : 0x3140
Worker Thread : 0x3140
Worker Run Thread : 0x2588
Handle Thread : 0x3140
顯然，UI界面、Worker構(gòu)造函數(shù)、槽函數(shù)處于同一線程（主線程），而run()函數(shù)處于另一線程（次線程）。
2、避免多次connect
當(dāng)多次點擊“開始”按鈕的時候，就會多次connect()，從而啟動多個線程，同時更新進(jìn)度條。為了避免這個問題，我們先在mainwindow.h上添加私有成員變量"WorkerThread m_workerThread;"，然后修改mainwindow.cpp如下：
#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
QMainWindow(parent),
ui(new Ui::MainWindow)
{
ui->setupUi(this);
// 連接信號槽
this->connect(ui->pushButton, SIGNAL(clicked(bool)), this, SLOT(startThread()));
this->connect(&m_workerThread, SIGNAL(resultReady(int)), this, SLOT(handleResults(int)));
}
MainWindow::~MainWindow()
{
delete ui;
}
void MainWindow::handleResults(int value)
{
qDebug() << "Handle Thread : " << QThread::currentThreadId();
ui->progressBar->setValue(value);
}
void MainWindow::startThread()
{
if (!m_workerThread.isRunning())
m_workerThread.start();
}不再在startThread()函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建WorkerThread對象指針，而是定義私有成員變量，再將connect添加在構(gòu)造函數(shù)中，保證了信號槽的正常連接。在線程start()之前，可以使用isFinished()和isRunning()來查詢線程的狀態(tài)，判斷線程是否正在運行，以確保線程的正常啟動。
3、優(yōu)雅地結(jié)束線程的兩種方法
如果一個線程運行完成，就會結(jié)束?？珊芏嗲闆r并非這么簡單，由于某種特殊原因，當(dāng)線程還未執(zhí)行完時，我們就想中止它。
不恰當(dāng)?shù)闹兄雇鶗鹨恍┪粗e誤。比如：當(dāng)關(guān)閉主界面的時候，很有可能次線程正在運行，這時，就會出現(xiàn)如下提示：
QThread: Destroyed while thread is still running
這是因為次線程還在運行，就結(jié)束了UI主線程，導(dǎo)致事件循環(huán)結(jié)束。這個問題在使用線程的過程中經(jīng)常遇到，尤其是耗時操作。大多數(shù)情況下，當(dāng)程序退出時，次線程也許會正常退出。這時，雖然抱著僥幸心理，但隱患依然存在，也許在極少數(shù)情況下，就會出現(xiàn)Crash。
所以，我們應(yīng)該采取合理的措施來優(yōu)雅地結(jié)束線程，一般思路：
- 發(fā)起線程退出操作，調(diào)用quit()或exit()。
- 等待線程完全停止，刪除創(chuàng)建在堆上的對象。
- 適當(dāng)?shù)氖褂脀ait()（用于等待線程的退出）和合理的算法。
方法一
這種方式是Qt4.x中比較常用的，主要是利用“QMutex互斥鎖 + bool成員變量”的方式來保證共享數(shù)據(jù)的安全性。在workerthread.h上繼續(xù)添加互斥鎖、析構(gòu)函數(shù)和stop()函數(shù)，修改如下：
#ifndef WORKERTHREAD_H
#define WORKERTHREAD_H
#include <QThread>
#include <QMutexLocker>
#include <QDebug>
class WorkerThread : public QThread
{
Q_OBJECT
public:
explicit WorkerThread(QObject *parent = 0)
: QThread(parent),
m_bStopped(false)
{
qDebug() << "Worker Thread : " << QThread::currentThreadId();
}
~WorkerThread()
{
stop();
quit();
wait();
}
void stop()
{
qDebug() << "Worker Stop Thread : " << QThread::currentThreadId();
QMutexLocker locker(&m_mutex);
m_bStopped = true;
}
protected:
virtual void run() Q_DECL_OVERRIDE
{
qDebug() << "Worker Run Thread : " << QThread::currentThreadId();
int nValue = 0;
while (nValue < 100)
{
// 休眠50毫秒
msleep(50);
++nValue;
// 準(zhǔn)備更新
emit resultReady(nValue);
// 檢測是否停止
{
QMutexLocker locker(&m_mutex);
if (m_bStopped)
break;
}
// locker超出范圍并釋放互斥鎖
}
}
signals:
void resultReady(int value);
private:
bool m_bStopped;
QMutex m_mutex;
};
#endif // WORKERTHREAD_H
當(dāng)主窗口被關(guān)閉，其“子對象”WorkerThread也會析構(gòu)調(diào)用stop()函數(shù)，使m_bStopped變?yōu)閠rue，則break跳出循環(huán)結(jié)束run()函數(shù)，結(jié)束進(jìn)程。當(dāng)主線程調(diào)用stop()更新m_bStopped的時候，run()函數(shù)也極有可能正在訪問它（這時，他們處于不同的線程），所以存在資源競爭，因此需要加鎖，保證共享數(shù)據(jù)的安全性。
為什么要加鎖？
很簡單，是為了共享數(shù)據(jù)段操作的互斥。避免形成資源競爭的情況（多個線程有可能訪問同一共享資源的情況）。
方法二
Qt5以后，可以使用requestInterruption()、isInterruptionRequested()這兩個函數(shù)，使用很方便，修改workerthread.h文件如下：
#ifndef WORKERTHREAD_H
#define WORKERTHREAD_H
#include <QThread>
#include <QMutexLocker>
#include <QDebug>
class WorkerThread : public QThread
{
Q_OBJECT
public:
explicit WorkerThread(QObject *parent = nullptr)
: QThread(parent)
{
qDebug() << "Worker Thread : " << QThread::currentThreadId();
}
~WorkerThread()
{
// 請求終止
requestInterruption();
quit();
wait();
}
protected:
virtual void run() Q_DECL_OVERRIDE
{
qDebug() << "Worker Run Thread : " << QThread::currentThreadId();
int nValue = 0;
// 是否請求終止
while (!isInterruptionRequested())
{
while (nValue < 100)
{
// 休眠50毫秒
msleep(50);
++nValue;
// 準(zhǔn)備更新
emit resultReady(nValue);
}
}
}
signals:
void resultReady(int value);
};
#endif // WORKERTHREAD_H在耗時操作中使用isInterruptionRequested()來判斷是否請求終止線程，如果沒有，則一直運行；當(dāng)希望終止線程的時候，調(diào)用requestInterruption()即可。這兩個函數(shù)內(nèi)部也使用了互斥鎖QMutex。
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