QT开发：详解 Qt 多线程编程核心类 QThread：基本概念与使用方法

martian665

1620人浏览 · 2024-09-26 17:18:32

martian665 · 2024-09-26 17:18:32 发布

1. 引言

在现代应用程序开发中，多线程编程是一个关键技术，能够显著提高程序的效率和响应速度。Qt 是一个跨平台的 C++ 框架，其中 QThread 类是实现多线程编程的核心类。本文将深入详解 QThread 的基本概念、使用方法及其在实际应用中的重要性。

2. 基本概念

2.1 什么是 QThread?

QThread 是 Qt 框架中的一个类，用于创建和管理线程。与标准库中的 std::thread 类似，QThread 提供了一种机制来执行并发任务，但它不仅限于此。QThread 还集成了 Qt 的信号和槽机制，使得线程间的通信更加方便和高效。

2.2 线程的生命周期

一个线程的生命周期包括创建、启动、执行、结束几个阶段。QThread 类提供了一系列方法来控制和管理这些阶段：

start(): 启动线程，调用 run() 方法。
run(): 线程的工作函数，通常需要重载。
quit(): 让线程退出事件循环，但不终止线程。
terminate(): 强制终止线程，不推荐使用。
wait(): 等待线程结束。

3. 使用方法

3.1 继承 QThread 类

最常见的使用方式是通过继承 QThread 类并重载其 run() 方法。

3.1.1 示例代码

为了确保代码文件内容正确，请参考以下内容：

首先我们需要自定添加一个MyThread 类，会自动生成头文件和源文件，文件中代码会自动生成基础部分，其他需要手动编写，如下：

项目目录结构如下所示：

/my_project
  ├── main.cpp
  ├── mythread.h
  ├── mythread.cpp
  └── my_project.pro

mythread.h

#ifndef MYTHREAD_H
#define MYTHREAD_H

#include <QThread>
#include <QDebug>

class MyThread : public QThread {
    Q_OBJECT

public:
    MyThread() = default;
    ~MyThread() = default;

protected:
    void run() override {
        // 这里是线程的主要工作
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            qDebug() << "Thread running:" << i;
            QThread::sleep(1);
        }
    }
};

#endif // MYTHREAD_H

mythread.cpp

#include "mythread.h"
//这里仅做简单示例

main.cpp如下：


int main() {
    MyThread thread;
    thread.start();
    thread.wait(); // 等待线程结束
    return 0;
}

运行结果如下：

3.1.2 知识精华

上面是一个简单的 QThread 类应用示例，这里需要说明的一点是：

在 Qt 项目中，.pro 文件是项目配置的重要部分，它不会自动生成，你需要手动创建它并添加相应的配置。如果你使用的是 Qt Creator 工具，它会自动为你生成一个初始的 .pro 文件，但你需要根据项目的需要手动修改和添加内容。

上面示例需要手动在.pro 文件中添加和修改配置项：
QT += core
QT -= gui

CONFIG += console
CONFIG -= app_bundle

TEMPLATE = app

SOURCES += main.cpp \
           mythread.cpp

HEADERS += mythread.h
如果没有手动添加以上配置，Qt Creator工具中是无法构建运行的。当前示例.pro文件如下

3.2 使用 Worker-Object 模式

继承 QThread 并重载 run() 方法虽然简单直观，但并不是最佳实践。更推荐的方式是使用 Worker-Object 模式，将工作对象移到新线程中。

#include <QObject>
#include <QThread>
#include <QDebug>

// Worker类继承自QObject，用于执行线程中的工作任务
class Worker : public QObject {
    Q_OBJECT

public slots:
    // 槽函数，执行工作任务
    void doWork() {
        // 模拟耗时操作，每次循环等待1秒
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            qDebug() << "Worker running:" << i;
            QThread::sleep(1); // 线程休眠1秒
        }
    }
};

int main() {
    // 创建一个QThread对象，用于管理新线程
    QThread thread;

    // 创建一个Worker对象，执行具体的工作任务
    Worker worker;

    // 将Worker对象移到新线程中运行
    worker.moveToThread(&thread);

    // 连接QThread的started信号和Worker的doWork槽
    // 当线程启动时，将调用Worker的doWork槽函数
    QObject::connect(&thread, &QThread::started, &worker, &Worker::doWork);

    // 连接Worker的doWork槽函数和QThread的quit槽
    // 当Worker完成工作后，将调用QThread的quit槽函数，退出线程事件循环
    QObject::connect(&worker, &Worker::doWork, &thread, &QThread::quit);

    // 连接QThread的finished信号和Worker的deleteLater槽
    // 当线程结束时，将调用Worker的deleteLater槽函数，删除Worker对象
    QObject::connect(&thread, &QThread::finished, &worker, &QObject::deleteLater);

    // 启动线程，开始执行工作任务
    thread.start();

    // 等待线程结束
    thread.wait();

    // 返回0，表示程序正常结束
    return 0;
}

Worker 类定义：

Worker 类继承自 QObject。
doWork 是一个槽函数，用于执行具体的工作任务。在这里，它模拟耗时操作，通过循环和线程休眠来演示。

main 函数：

创建一个 QThread 对象 thread，用于管理新线程。
创建一个 Worker 对象 worker，用于执行具体的工作任务。
使用 moveToThread 方法将 Worker 对象移到新线程中运行。
使用 QObject::connect 方法连接信号和槽：
当线程启动时，调用 Worker 的 doWork 槽函数。
当 Worker 完成工作后，调用 QThread 的 quit 槽函数，退出事件循环。
当线程结束时，调用 Worker 的 deleteLater 槽函数，删除 Worker 对象。
调用 thread.start() 启动线程，开始执行工作任务。
调用 thread.wait() 等待线程结束。
返回 0，表示程序正常结束。

4. 信号和槽

QThread 充分利用了 Qt 的信号和槽机制，使得线程间通信更加方便和安全。

#include <QObject>
#include <QThread>
#include <QDebug>

// Worker类继承自QObject，用于执行线程中的工作任务
class Worker : public QObject {
    Q_OBJECT

public slots:
    // 槽函数，执行工作任务
    void doWork() {
        // 这里是工作任务的代码
        emit workDone(); // 任务完成后发出信号
    }

signals:
    // 信号，表示工作已经完成
    void workDone();
};

int main() {
    // 创建一个QThread对象，用于管理新线程
    QThread thread;

    // 创建一个Worker对象，执行具体的工作任务
    Worker worker;

    // 将Worker对象移到新线程中运行
    worker.moveToThread(&thread);

    // 连接Worker的workDone信号和QThread的quit槽
    // 当Worker完成工作后，将调用QThread的quit槽函数，退出线程事件循环
    QObject::connect(&worker, &Worker::workDone, &thread, &QThread::quit);

    // 连接QThread的finished信号和Worker的deleteLater槽
    // 当线程结束时，将调用Worker的deleteLater槽函数，删除Worker对象
    QObject::connect(&thread, &QThread::finished, &worker, &QObject::deleteLater);

    // 启动线程，开始执行工作任务
    thread.start();

    // 在主线程中等待新线程结束
    thread.wait();

    // 返回0，表示程序正常结束
    return 0;
}

Worker 类定义：
class Worker : public QObject {
    Q_OBJECT

public slots:
    void doWork() {
        emit workDone(); // 任务完成后发出信号
    }

signals:
    void workDone(); // 信号，表示工作已经完成
};
Worker 类继承自 QObject。
doWork 是一个槽函数，用于执行具体的工作任务。在这里，它发出 workDone 信号，表示任务已经完成。
workDone 是一个信号，用于通知外部任务已经完成。

main 函数：
int main() {
    QThread thread;
    Worker worker;

    worker.moveToThread(&thread);

    QObject::connect(&worker, &Worker::workDone, &thread, &QThread::quit);
    QObject::connect(&thread, &QThread::finished, &worker, &QObject::deleteLater);

    thread.start();
    thread.wait(); // 等待线程结束
    return 0;
}
创建一个 QThread 对象 thread，用于管理新线程。
创建一个 Worker 对象 worker，用于执行具体的工作任务。
使用 moveToThread 方法将 Worker 对象移到新线程中运行。
使用 QObject::connect 方法连接信号和槽：
当 Worker 发出 workDone 信号时，调用 QThread 的 quit 槽函数，退出事件循环。
当线程结束时，调用 Worker 的 deleteLater 槽函数，删除 Worker 对象。
调用 thread.start() 启动线程，开始执行工作任务。
调用 thread.wait() 在主线程中等待新线程结束。
返回 0，表示程序正常结束。

5. 线程安全

多线程编程中，线程安全是一个重要问题。QThread 提供了一些机制来帮助实现线程安全，例如 QMutex, QSemaphore, QWaitCondition 等。

#include <QMutex>
#include <QThread>
#include <QDebug>

// 全局互斥锁，用于保护共享资源
QMutex mutex;

// SafeWorker类继承自QObject，用于执行线程中的工作任务
class SafeWorker : public QObject {
    Q_OBJECT

public slots:
    // 槽函数，执行工作任务
    void doWork() {
        // 锁定互斥锁，保护共享资源
        mutex.lock();
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            qDebug() << "SafeWorker running:" << i;
            QThread::sleep(1); // 线程休眠1秒，模拟耗时操作
        }
        // 解锁互斥锁
        mutex.unlock();
    }
};

int main() {
    // 创建一个QThread对象，用于管理新线程
    QThread thread;

    // 创建一个SafeWorker对象，执行具体的工作任务
    SafeWorker worker;

    // 将SafeWorker对象移到新线程中运行
    worker.moveToThread(&thread);

    // 连接QThread的started信号和SafeWorker的doWork槽
    // 当线程启动时，将调用SafeWorker的doWork槽函数
    QObject::connect(&thread, &QThread::started, &worker, &SafeWorker::doWork);

    // 连接SafeWorker的doWork槽函数和QThread的quit槽
    // 当SafeWorker完成工作后，将调用QThread的quit槽函数，退出线程事件循环
    QObject::connect(&worker, &SafeWorker::doWork, &thread, &QThread::quit);

    // 连接QThread的finished信号和SafeWorker的deleteLater槽
    // 当线程结束时，将调用SafeWorker的deleteLater槽函数，删除SafeWorker对象
    QObject::connect(&thread, &QThread::finished, &worker, &QObject::deleteLater);

    // 启动线程，开始执行工作任务
    thread.start();

    // 在主线程中等待新线程结束
    thread.wait();

    // 返回0，表示程序正常结束
    return 0;
}

全局互斥锁：
QMutex mutex;
创建一个全局的互斥锁 mutex，用于保护共享资源。

SafeWorker 类定义：
class SafeWorker : public QObject {
    Q_OBJECT

public slots:
    void doWork() {
        mutex.lock(); // 锁定互斥锁，保护共享资源
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            qDebug() << "SafeWorker running:" << i;
            QThread::sleep(1); // 线程休眠1秒，模拟耗时操作
        }
        mutex.unlock(); // 解锁互斥锁
    }
};
SafeWorker 类继承自 QObject。
doWork 是一个槽函数，用于执行具体的工作任务。在这里，通过锁定和解锁互斥锁来保护共享资源，确保线程安全。

main 函数：

创建一个 QThread 对象 thread，用于管理新线程。
创建一个 SafeWorker 对象 worker，用于执行具体的工作任务。
使用 moveToThread 方法将 SafeWorker 对象移到新线程中运行。
使用 QObject::connect 方法连接信号和槽：
当线程启动时，调用 SafeWorker 的 doWork 槽函数。
当 SafeWorker 完成工作后，调用 QThread 的 quit 槽函数，退出事件循环。
当线程结束时，调用 SafeWorker 的 deleteLater 槽函数，删除 SafeWorker 对象。
调用 thread.start() 启动线程，开始执行工作任务。
调用 thread.wait() 在主线程中等待新线程结束。
返回 0，表示程序正常结束。