Qt：可重入和线程安全

绝地灬酷狼 2022-11-19 01:11 135阅读 0赞

在整个文档中，术语“可重入”和“线程安全”用于标记类和函数，以指示它们如何在多线程应用程序中使用：

*  一个线程安全的函数可以同时被多个线程调用，甚至调用者会使用共享数据也没有问题，因为对共享数据的访问是串行的。
 *  一个可重入函数也可以同时被多个线程调用，但是每个调用者只能使用自己的数据。

因此，一个线程安全的函数总是可重入的，但一个可重入的函数并不一定是线程安全的。

扩展开来，一个可重入的类，指的是它的成员函数可以被多个线程安全地调用，只要每个线程使用这个类的不同的对象。而一个线程安全的类，指的是它的成员函数能够被多线程安全地调用，即使所有的线程都使用该类的同一个实例也没有关系。

注意：Qt的一些类被设计为线程安全的，如果它们的目的是多线程。如果一个函数没有被标记为线程安全的或可重入的，它就不应该被不同的线程使用。如果一个类没有被标记为线程安全的或可重入的，该类的实例就不应该被多个线程访问。

# 可重入 #

C++类通常是可重入的，仅仅因为它们只访问自己的成员数据。任何线程都能访问一个可重入类实例的一个成员函数，只要同一时间没有其它线程调用该实例的成员函数。例如，下面的Counter类就是可重入的：

class Counter
    {
        
    public:
        Counter() {
         n = 0; }
    
        void increment() {
         ++n; }
        void decrement() {
         --n; }
        int value() const {
         return n; }
    
    private:
        int n;
    };

该类不是线程安全的，因为如果多个线程试图修改数据成员n，则结果是未定义的。这是因为++和–运算符并不总是原子的。实际上，它们通常扩展到三条机器指令：

*  在寄存器中加载变量的值。
 *  递增或递减寄存器的值。
 *  将寄存器的值存储回主内存。

如果线程A和线程B同时加载变量的旧值，递增它们的寄存器，然后将其存储回去，它们最终会互相覆盖，并且变量只递增一次！

# 线程安全 #

显然，访问必须序列化：线程A必须在线程B可以执行相同步骤之前（原子地）不间断地执行步骤1、2、3；反之亦然。使类线程安全的一种简单方法是使用QMutex保护对数据成员的所有访问：

class Counter
    {
        
    public:
        Counter() {
         n = 0; }
    
        void increment() {
         QMutexLocker locker(&mutex); ++n; }
        void decrement() {
         QMutexLocker locker(&mutex); --n; }
        int value() const {
         QMutexLocker locker(&mutex); return n; }
    
    private:
        mutable QMutex mutex;
        int n;
    };

QMutexLocker类会自动锁定其构造函数中的互斥锁，并在函数末尾调用析构函数时将其解锁。锁定互斥锁可确保来自不同线程的访问将被序列化。mutex数据成员是用可变限定符声明的，因为我们需要在value（）中锁定和解锁mutex，value（）是一个常量函数。

# 关于Qt类的注释 #

许多Qt类是可重入的，但它们不是线程安全的，因为使它们成为线程安全的将导致重复锁定和解锁QMutex的额外开销。例如，QString是可重入的，但不是线程安全的。您可以同时从多个线程安全地访问QString的不同实例，但不能同时从多个线程安全地访问QString的同一实例（除非您自己使用QMutex保护访问）。

一些Qt类和函数是线程安全的。这些主要是与线程相关的类（例如QMutex）和基本函数（例如QCoreApplication:：postEvent（））。

注意：多线程领域的术语并不是完全标准化的。POSIX使用可重入和线程安全的定义，这两种定义在其C API中有些不同。当使用QT使用其他面向对象C++类库时，请确保理解这些定义。