Qt多线程编程之QThreadPool 和 QRunnable使用

清疚 2023-10-14 18:25 45阅读 0赞

说到线程通常会想到QThread，但其实Qt中创建线程的方式有多种，这里主要介绍其中一种QRunnable，QRunnable和QThread用法有些不同，并且使用场景也有区别。要介绍QRunnable的用法、使用场景以及注意事项，首先还要先来看看QThreadPool，因为QRunnable任务需要使用QThreadPool启动线程。

## 一、QThreadPool 线程池 ##

### 1.1 线程池介绍 ###

在一个应用程序中，我们需要**多次使用线程**，也就意味着，我们需要多次创建并销毁线程。而创建并销毁线程的过程势必会消耗内存。而在日常开发中，内存资源是及其宝贵的，所以线程池QThreadPool就建议用来管理多个线程的并发执行。在程序逻辑中经常会碰到需要处理大批量任务的情况，比如密集的网络请求，日志分析、加载工程中多个子工程、保存工程等等。一般会创建一个队列，用一个或者多个线程去消费这个队列，一般也要处理队列的加锁和解锁的问题。

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### 1.2 线程池的优点 ###

*  创建和销毁线程需要和OS交互，少量线程影响不大，但是线程数量太大，势必会影响性能，使用线程池可以减少这种开销；
 *  线程池维护一定数量的线程，使用时，将指定函数传递给线程池，线程池会在线程中执行任务

### 1.3 QThreadPool类成员函数 ###

主要属性：
     
    1、activeThreadCount: 此属性表示线程池中的活动线程数，通过activeThreadCount() 调用。
    2、expiryTimeout: 线程活着的时间。没有设置expiryTimeout毫秒的线程会自动退出，此类线程将根据需要重新启动。默认的expiryTimeout为30000毫秒 (30 秒)。如果expiryTimeout为负, 则新创建的线程将不会过期, 在线程池被销毁之前, 它们将不会退出。通过expiryTimeout()调用，通setExpiryTimeout(int expiryTimeout)设置 。
    3、maxThreadCount : int 表示线程池使用的最大线程数。
    通过maxThreadCount() 调用，通过setMaxThreadCount(int maxThreadCount) 设置
    注意:即使maxThreadCount限制为零或为负数, 线程池也至少有1个线程。
     
    主要成员函数
     
    QThreadPool *QThreadPool::globalInstance()
    返回Qt应用程序全局线程池实例。
    void reserveThread()
    预约一个线程，这个函数总是会增加活动线程的数量。这意味着通过使用这个函数，activeThreadCount()可以返回一个大于maxThreadCount()的值。
    void releaseThread()
    释放以前通过调用reserveThread()预约的线程。
    如果不先预约一个线程，调用这个函数会临时增加maxThreadCount()。当线程进入休眠等待时，能够允许其他线程继续。
    要记得在完成等待时调用reserveThread()，以便线程池可以正确控制activeThreadCount()。
    void QThreadPool :: start（QRunnable * runnable，int priority = 0）
     
    在任务数量小于maxThreadCount时，为每个runnable任务预约一个线程。超过maxThreadCount时，将任务放入运行队列中。priority 参数用来设置线程运行优先级。
     
    bool tryStart(QRunnable *runnable)
    此方法尝试预约一个线程来运行runnable。
    如果在调用的时候没有线程可用，那么这个函数什么都不做，并返回false。否则，将使用一个可用线程立即运行runnable，并返回此函数true。
    　　void start(QRunnable *runnable, int priority = 0)
    　　保留一个线程并使用该线程来运行runnable，（除非该线程会使当前线程计数超过maxThreadCount()）。runnable 会被添加到运行队列中。优先级参数可用于控制运行队列的执行顺序。
    　　　　如果 runnable->autoDelete() 返回 true，线程池将拥有 runnable 的所有权，并且 runnable->run() 返回后，线程池将自动删除 runnable。　　　　如果 runnable->autoDelete() 返回 false，则 runnable 的所有权仍归调用者所有。　 在调用此函数后更改 runnable 的自动删除（QRunnable::setAutoDelete()）会导致未定义的行为。
    void clear()
    用于删除在任务队列中，还没有启动的任务。
    bool tryTake(QRunnable *runnable)
    如果runnable任务还没开始运行，那么从队列中删除此runable任务，此时函数返回true；如果runnable任务已经运行，返回false。
    只用来删除runnable->autoDelete() == false的runnable任务，否则可能会删错任务.
    　　void setAutoDelete(bool autoDelete)
    　　如果autoDelete为 true, 则启用自动删除。否则自动删除将被禁用。　　如果启用了自动删除, QThreadPool将在调用 run () 函数返回后自动删除此runable对象。否则, runable对象所有权不属于线程池，由开发人员管理。　　请注意, 必须先设置此标志，(默认构造函数已经将其设置为true)，然后才能调用QThreadPool:: start()。在QThreadPool:: start() 之后调用此函数将导致不可预测后果。
    bool waitForDone(int msecs = -1)
    等待msecs毫秒, 以便所有线程退出并从线程池中移除所有线程。如果删除了所有线程, 则返回true ，否则, 它将返回false。默认等待时间为-1，即等待最后一个线程退出。
     
    内容出自： https://blog.csdn.net/y396397735/article/details/78637634

### 1.4 总结 ###

*  QThreadPool 类管理 QRunnable /QThread 的集合。
 *  QThreadPool 管理和回收单独的 QThread 对象，以减少使用线程的程序中的线程创建成本。
 *  每个 Qt 应用程序都有一个全局 QThreadPool 对象，可以通过调用 globalInstance() 来访问它。
 *  要使用 QThreadPool，需要子类化 QRunnable 并实现 run() 虚函数。然后创建该类的对象并将其传递给 QThreadPool::start()。QThreadPool 默认自动删除 QRunnable。
 *  QThreadPool 是管理线程的低级类，Qt Concurrent 模块是更高级的方案。

## 二、QRunnable \[ 不继承QObject,不属于Qt的元对象系统\] ##

### 2.1 介绍 ###

#### 2.1.1 定义及其用法 ####

QRunnable 类是一个接口，用于表示需要执行的任务或代码段，由重新实现的 run() 函数表示。  
一般使用 QThreadPool 在单独的线程中执行代码。要使用QRunnable创建线程，步骤如下：

*  继承QRunnable。和QThread使用一样， 首先需要将你的线程类继承于QRunnable。
 *  重写run函数。还是和QThread一样，需要重写run函数，run是一个纯虚函数，必须重写。
 *  使用QThreadPool启动线程

#### 2.1.2 与QThread的区别 ####

*  与外界通信方式不同。由于**QThread是继承于QObject**的，**但QRunnable不是**，所以在QThread线程中可以**直接将线程中执行的结果通过信号的方式发到主程序，而QRunnable线程不能用信号槽**，只能通过别的方式。
 *  启动线程方式不同。QThread线程可以直接调用start()函数启动，而QRunnable线程需要借助QThreadPool进行启动。
 *  资源管理不同。**QThread线程对象需要手动去管理删除和释放**，**而QRunnable则会在QThreadPool调用完成后自动释放**。

#### 2.1.3 总结 ####

*  作为Qt类中少有的基类， **QRunnable提供了简洁有效的可运行对象的创建**. 用**QRunnable来创建独立的运行对象来运行 不涉及界面元素的数据处理过程 非常合适**.
 *  优点: 创建过程简洁， 使用方便， 配合着自身的autoDelete特性， 有点“招之即来， 挥之即去”的感觉.
 *  缺点: **无法实时提供自身的运行状态**.

### 2.2 两种启动线程方式 \[ 全局线程池和非全局线程池 \] ###

上面我们说到要启动QRunnable线程，需要QThreadPool配合使用，而调用方式有两种：**全局线程池和非全局线程池**。

#### 2.2.1 全局线程池 \[ QThreadPool::globalInstance() \] ####

每个 Qt 应用程序都有一个全局 QThreadPool 对象，可以通过调用 globalInstance() 来访问它。上面示例中启动方式就是用的全局线程池来启动QRunnable，使用很简单：

QThreadPool::globalInstance()->start(m_pRunnable);

#### 2.2.2 非全局线程池 ####

除此之外，还可以使用非全局线程池的方式来实现，该方式可以控制线程最大数量， 以及其他设置，比较灵活，具体参照帮助文档

QThreadPool threadpool;
     threadpool.setMaxThreadCount(1);
     threadpool.start(m_pRunnable);

### 2.3 外界通信 \[ ***QRunnable+****QMetaObject::**invokeMethod* \] ###

前面我们提到，因为**QRunnable没有继承于QObject，所以没法使用信号槽与外界通信**，那么，如果要在QRunnable线程中和外界通信怎么办呢，通常有两种做法：

*  **使用多继承。让我们的自定义线程类同时继承于QRunnable和QObject**，这样就可以使用信号和槽，但是多线程使用比较麻烦，特别是继承于自定义的类时，容易出现接口混乱，所以在项目中尽量少用多继承。
 *  使用**QMetaObject::invokeMethod**。

#### 2.3.1 **QMetaObject::invokeMethod介绍** ####

该函数就是尝试调用obj的member函数，可以是信号、槽或者Q\_INVOKABLE声明的函数（能够被Qt元对象系统唤起），如果调用成功，返回true，失败返回false，具体使用方法就不在这里介绍。

//函数定义
    [static] bool QMetaObject::invokeMethod(QObject *obj, const char *member, Qt::ConnectionType type, QGenericReturnArgument ret, QGenericArgument val0 = QGenericArgument( Q_NULLPTR ), QGenericArgument val1 = QGenericArgument(), QGenericArgument val2 = QGenericArgument(), QGenericArgument val3 = QGenericArgument(), QGenericArgument val4 = QGenericArgument(), QGenericArgument val5 = QGenericArgument(), QGenericArgument val6 = QGenericArgument(), QGenericArgument val7 = QGenericArgument(), QGenericArgument val8 = QGenericArgument(), QGenericArgument val9 = QGenericArgument())

QMetaObject::invokeMethod可以是异步调用，也可以是同步调用。这取决与它的连接方式Qt::ConnectionType type。如果type为Qt::DirectConnection，则为同步调用，若为Qt::QueuedConnection，则为异步调用。

来看一下，在上面的示例中，我们如何通过QMetaObject::invokeMethod让QRunnable线程与外部主线程通信。

假如我们在主界面中定一个函数 \[*该函数为QObject类型中一个成员函数*\] ，用于更新界面内容：

Q_INVOKABLE void setText(QString msg);

线程类：

// .h
    class CusRunnable : public QRunnable
    {
    public:
        explicit CusRunnable(QObject *obj);
        ~CusRunnable();
        void run();
     
    private:
        QObject * m_pObj = nullptr;//主界面需要刷新对象，即setText()对应的类对象
    };
    
    
    // .cpp
    CusRunnable::CusRunnable(QObject * obj):
        m_pObj(obj)
    {}
     
    CusRunnable::~CusRunnable()
    {
        qDebug() << __FUNCTION__;
    }
     
    void CusRunnable::run()
    {
        qDebug() << __FUNCTION__ << QThread::currentThreadId();
        
    　　//其中"setText"就是要调用的函数,
    　　//传参方式Q_ARG(QString,"this is AA!")，表示传入一个QString类型，值为"this is AA!"
    　　QMetaObject::invokeMethod(m_pObj,"setText",Q_ARG(QString,"this is AA!"));
        QThread::msleep(1000);
    }

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