Qt 的线程与事件循环

  周末天冷，索性把电脑抱到床上上网，这几天看了 dbzhang800 博客关于 Qt 事件循环的几篇 Blog，发现自己对 Qt 的事件循环有不少误解。从来只看到现象，这次借 dbzhang800 的博客，就代码论事，因此了解到一些 Qt 深层的实现，虽然是在 Qt 庞大的构架里只算的是冰山的一角，确让人颇为收益。

        从 dbzhang800 的博客中转载两篇关于事件循环的文章，放在一起，写作备忘。

        再次提到的一点是：事件循环和线程没有必然关系。 QThread 的 run() 方法始终是在一个单独线程执行的，但只有在 run() 方法中使用了 exec() 才真正开启了一个单独的事件循环。

        顺便一提，模态对话框和事件循环也没有必然关系，可以转读这篇文章 QDialog 模态对话框与事件循环。

         以下内容转载自 dbzhang800 的博客：                                                                               

         「QThread 的使用方法」                                                                                                      
          原文地址：http://hi.baidu.com/cyclone/blog/item/5fac3bc7ab1b90d1d10060f2.html  

         「QThread 使用探讨」                                                                                                          
          原文地址：http://hi.baidu.com/cyclone/blog/item/a33794ee00acba262cf53442.html 

QThread 的使用方法

起源

        昨天不小心看到Qt开发人员( Bradley T. Hughes)Blog中的一片文章 you are-doing-it-wrong 。 结果看得头昏脑胀：好歹也自学了近1年的Qt，也一直很小心、很认真地阅读Qt和manual和例子等资料，却被突然告知，QThread的正确使用方法是一种自己从没见过，而且Qt manual、example、书籍中都没有提到过的一种方法。到底怎么了... 

        莫非manual、exmaple以及资料中的介绍都是错的？？

        认真看看其他的人的评论，总算理清了一点头绪。所有事情源于 QThread 的事件循环！

QThread 的两种使用方法

1. 不使用事件循环。这是官方的 Manual 、example 以及相关书籍中都介绍的一种的方法。

a. 子类化 QThread

b. 重载 run 函数，run函数内有一个 while 或 for 的死循环

c. 设置一个标记为来控制死循环的退出。

2. 使用事件循环。（博客 you are-doing-it-wrong 批驳的就是这种情况下的 一种用法。）

a. 子类化 QThread，

b. 重载 run 使其调用 QThread::exec() 

c. 并为该类定义信号和槽，这样一来，由于槽函数并不会在新开的 thread 运行，很多人为了解决这个问题在构造函数中调用 moveToThread(this)
而争论和不解正是这样的一条语句造成的。
Bradley T. Hughes 给出说明是： QThread 应该被看做是操作系统线程的接口或控制点，而不应该包含需要在新线程中运行的代码。需要运行的代码应该放到一个QObject的子类中，然后将该子类的对象moveToThread到新线程中。

另外

        在Qt4.3(包括)之前，run 是虚函数，必须子类化QThread来实现run函数。
而从Qt4.4开始，qthreads-no-longer-abstract    ，run 默认调用 QThread::exec() 。这样一来不需要子类化 QThread 了，只需要子类化一个 QObject 就够了，这正是被 Bradley T. Hughes推荐的方法。

        终于看懂了，但不管怎么说，都应该是 QThread 当初的设计导致的这种问题，而所有文档和例子中都没有提到该如何使用Qthread 进一步加剧了对QThread的这种误用。

QThread 使用探讨

        QThread 似乎是很难的一个东西，特别是信号和槽，有非常多的人(尽管使用者本人往往不知道)在用不恰当(甚至错误)的方式在使用 QThread，随便用google一搜，就能搜出大量结果出来。无怪乎Qt的开发人员 Bradley T. Hughes 声嘶力竭地喊you are-doing-it-wrong。

        和众多用户一样，初次看到这个时，感到 Bradley T. Hughes有 些莫名奇妙，小题大作。尽管不舒服，当时还是整理过一篇博客QThread 的使用方法

        时间过去3个月，尽管依然没怎么用thread；但今天csdn论坛中有人问到这个问题，想想还是尽我所能整理一下吧。提升自己，方便他人，何乐而不为呢?

        QThread东西还是比较多的，而且我对底层对象了解有限，仅就一点进行展开(或许是大家最关心的一点)：QThread中的slots在那个线程中执行？

QThread::run

run 函数是做什么用的？Manual中说的清楚：

• run 对于线程的作用相当于main函数对于应用程序。它是线程的入口，run的开始和结束意味着线程的开始和结束。

原文如下(这段话我们称为定理一吧)：

• The run() implementation is for a thread what the main() entry point is for the application. All code executed in a call stack that starts in the run() function is executed by the new thread, and the thread finishes when the function returns.

这么短的文字一眼就看完了，可是，这是什么意思呢？又能说明什么问题呢？看段简单代码：

　　

class Thread:public QThread 
{ 
    Q_OBJECT 
public: 
    Thread(QObject* parent=0):QThread(parent){} 
public slots: 
    void slot() { ... } 
signals: 
    void sig(); 
protected: 
    void run() { ...} 
}; 
int main(int argc, char** argv) 
{ 
... 
    Thread thread; 
... 
}

对照前面的定理，run函数中的代码时确定无疑要在次线程中运行的，那么其他的呢？比如 slot 是在次线程还是主线程中运行？

你想说主线程，但又心有不甘，对么？

QObject::connect

        涉及信号槽，我们就躲不过 connect 函数，只是这个函数大家太熟悉。我不好意思再用一堆废话来描述它，但不说又不行，那么折中一下，只看它的最后一个参数吧(为了简单起见，只看它最常用的3个值)

        下面的列表，我们暂称为定理二:

• 自动连接(Auto Connection)
  • 这是默认设置
  • 如果信号在接收者所依附的线程内发射，则等同于直接连接
  • 如果发射信号的线程和接受者所依附的线程不同，则等同于队列连接
  • 也就是这说，只存在下面两种情况
• 直接连接(Direct Connection)
  • 当信号发射时，槽函数将直接被调用。
  • 无论槽函数所属对象在哪个线程，槽函数都在发射信号的线程内执行。
• 队列连接(Queued Connection)
  • 当控制权回到接受者所依附线程的事件循环时，槽函数被调用。
  • 槽函数在接收者所依附线程执行。

        同前面一样，这些文字大家都能看懂。但含义呢？

        不妨继续拿前面的例子来看，slot 函数是在主线程还是次线程中执行呢？

        定理二强调两个概念：发送信号的线程 和 接收者所依附的线程。而 slot 函数属于我们在main中创建的对象 thread，即thread依附于主线程

• 队列连接告诉我们：槽函数在接受者所依附线程执行。即 slot 将在主线程执行
• 直接连接告诉我们：槽函数在发送信号的线程执行。信号在那个线程发送呢？？不定！
• 自动连接告诉我们：二者不同，等同于队列连接。即 slot 在主线程执行

        太绕了？不是么（要彻底理解这几句话，你可能需要看Qt meta-object系统和Qt event系统）

怎么办呢？

        如果上两节看不懂，就记住下面的话吧（自己总结的，用词上估计会不太准确）。

• 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(0) 或 QThread * t=new QThread(0) 的线程。也就是咱们这儿的主线程
• QThread 管理的线程，就是 run 启动的线程。也就是次线程
• 因为QThread的对象依附在主线程中，所以他的slot函数会在主线程中执行，而不是次线程。除非：
  • QThread 对象依附到次线程中(通过movetoThread)
  • slot 和信号是直接连接，且信号在次线程中发射
• 但上两种解决方法都不好，因为QThread不是这么用的(Bradley T. Hughes)

        好了，不再添加更多文字了，看代码，估计咱们都会轻松点

主线程(信号)QThread(槽)

        这是 Qt Manual 和 例子中普遍采用的方法。 但由于manual没说槽函数是在主线程执行的，所以不少人都认为它应该是在次线程执行了。

• 定义一个 Dummy 类，用来发信号
• 定义一个 Thread 类，用来接收信号
  • 重载 run 函数，目的是打印 threadid

/*!
* file main.cpp
*
* Copyright (C) 2010, dbzhang800
* All rights reserved.
*
*/
#include <QtCore/QCoreApplication> 
#include <QtCore/QObject> 
#include <QtCore/QThread> 
#include <QtCore/QDebug>  
class Dummy:public QObject 
{ 
    Q_OBJECT 
public: 
    Dummy(){} 
public slots: 
    void emitsig() 
    { 
        emit sig(); 
    } 
signals: 
    void sig(); 
}; 
 
class Thread:public QThread 
{ 
    Q_OBJECT 
public: 
    Thread(QObject* parent=0):QThread(parent) 
    { 
        //moveToThread(this); 
    } 
public slots: 
    void slot_main() 
    { 
        qDebug()<<"from thread slot_main:" <<currentThreadId(); 
    } 
protected: 
    void run() 
    { 
        qDebug()<<"thread thread:"<<currentThreadId(); 
        exec(); 
    } 
}; 

#include "main.moc" 

int main(int argc, char *argv[]) 
{  
    QCoreApplication a(argc, argv); 
    qDebug()<<"main thread:"<<QThread::currentThreadId(); 
    Thread thread; 
    Dummy dummy; 
    QObject::connect(&dummy, SIGNAL(sig()), &thread, SLOT(slot_main())); 
    thread.start(); 
    dummy.emitsig(); 
    return a.exec(); 
}

然后看到结果(具体值每次都变，但结论不变)

main thread: 0x1a40 from thread slot_main: 0x1a40 thread thread: 0x1a48

看到了吧，槽函数的线程和主线程是一样的！

如果你看过Qt自带的例子，你会发现 QThread 中 slot 和 run 函数共同操作的对象，都会用QMutex锁住。为什么？

因为slot和run处于不同线程，需要线程间的同步！

如果想让槽函数slot在次线程运行(比如它执行耗时的操作，会让主线程死掉)，怎么解决呢？

• 注意：dummy信号是在主线程发射的， 接收者 thread 也在主线程中。
• 参考我们前面的结论，很容易想到:
  • 将 thread 依附的线程改为次线程不就行了？
  • 这也是代码中注释掉的 moveToThread(this)所做的，去掉注释，你会发现slot在次线程中运行

 

main thread: 0x13c0 
thread thread: 0x1de0 
from thread slot_main: 0x1de0

这可以工作，但这是 Bradley T. Hughes 强烈批判的用法。推荐的方法后面会给出。

run中信号与QThread中槽

• 定义一个 Dummy 类，在run中发射它的信号
  • 也可以在run中发射 Thread 类中的信号，而不是Dummy（效果完全一样）
• QThread 定义槽函数，重载run函数

　　

/*!
* file main.cpp
*
* Copyright (C) 2010, dbzhang800
* All rights reserved.
*
*/
#include <QtCore/QCoreApplication> 
#include <QtCore/QObject> 
#include <QtCore/QThread> 
#include <QtCore/QDebug> 
 
class Dummy:public QObject 
{ 
    Q_OBJECT 
public: 
    Dummy(QObject* parent=0):QObject(parent){} 
public slots: 
    void emitsig() 
    { 
        emit sig(); 
    } 
signals: 
    void sig(); 
}; 
 
class Thread:public QThread 
{ 
    Q_OBJECT 
public: 
    Thread(QObject* parent=0):QThread(parent) 
    { 
        //moveToThread(this); 
    } 
public slots: 
    void slot_thread() 
    { 
        qDebug()<<"from thread slot_thread:" <<currentThreadId(); 
    } 
signals: 
    void sig(); 
protected: 
    void run() 
    { 
        qDebug()<<"thread thread:"<<currentThreadId(); 
        Dummy dummy; 
        connect(&dummy, SIGNAL(sig()), this, SLOT(slot_thread())); 
        dummy.emitsig(); 
        exec(); 
    } 
}; 
 
#include "main.moc" 
 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    QCoreApplication a(argc, argv); 
    qDebug()<<"main thread:"<<QThread::currentThreadId(); 
    Thread thread; 
    thread.start(); 
    return a.exec(); 
}

想看结果么？

main thread: 0x15c0 
thread thread: 0x1750 
from thread slot_thread: 0x15c0

• 其实没悬念，肯定是主线程
  • thread 对象本身在主线程。所以它的槽也在要在主线程执行

如何解决呢？

• （方法一）前面提了 moveToThread,这儿可以用，而且可以解决问题。当同样，是被批判的对象。
• （方法二）注意哦，这儿我们的信号时次线程发出的，对比connect连接方式，会发现：
  • 采用直接连接，槽函数将在次线程(信号发出的线程)执行
  • 这个方法不太好，因为你需要处理slot和它的对象所在线程的同步。需要 QMutex 一类的东西

推荐的方法

        千呼万唤始出来。

        其实，这个方法太简单，太好用了。定义一个普通的QObject派生类，然后将其对象move到QThread中。使用信号和槽时根本不用考虑多线程的存在。也不用使用QMutex来进行同步，Qt的事件循环会自己自动处理好这个。

/*!
* file main.cpp
*
* Copyright (C) 2010, dbzhang800
* All rights reserved.
*
*/
#include <QtCore/QCoreApplication> 
#include <QtCore/QObject> 
#include <QtCore/QThread> 
#include <QtCore/QDebug> 
 
class Dummy:public QObject 
{ 
    Q_OBJECT 
public: 
    Dummy(QObject* parent=0):QObject(parent)     {} 
public slots: 
    void emitsig() 
    { 
        emit sig(); 
    } 
signals: 
    void sig(); 
}; 
 
class Object:public QObject 
{ 
    Q_OBJECT 
public: 
    Object(){} 
public slots: 
    void slot() 
    { 
        qDebug()<<"from thread slot:" <<QThread::currentThreadId(); 
    } 
}; 
 
#include "main.moc" 
 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    QCoreApplication a(argc, argv); 
    qDebug()<<"main thread:"<<QThread::currentThreadId(); 
    QThread thread; 
    Object obj; 
    Dummy dummy; 
    obj.moveToThread(&thread); 
    QObject::connect(&dummy, SIGNAL(sig()), &obj, SLOT(slot())); 
    thread.start(); 
    dummy.emitsig(); 
    return a.exec(); 
}

        结果：恩，slot确实不在主线程中运行（这么简单不值得欢呼么？）

main thread: 0x1a5c 
from thread slot: 0x186c

其他

• 本文只考虑了使用事件循环的情况，也有可能run中没有事件循环。这时信号与槽会与本文有点差别。比如run中使用connect时，队列连接就受限制了。其实只要理解了前面这些，没有事件循环的情况很容易就想通了。

参看

• http://labs.qt.nokia.com/blogs/2010/06/17/youre-doing-it-wrong/
• http://labs.qt.nokia.com/blogs/2010/06/17/youre-doing-it-wrong/
• http://labs.qt.nokia.com/blogs/2006/12/04/threading-without-the-headache/
• http://labs.qt.nokia.com/blogs/2007/07/05/qthreads-no-longer-abstract/
• http://gitorious.org/qthreadhowto/qthreadhowto/trees/master
• http://blog.exys.org/entries/2010/QThread_affinity.html
• http://thesmithfam.org/blog/2010/02/07/talking-to-qt-threads/
• http://doc.qt.nokia.com/4.7/threads-starting.html
• http://doc.qt.nokia.com/4.7/threads-qobject.html
• http://doc.qt.nokia.com/4.7/qthread.html

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