Linux下應用程式開發：QT中的多執行緒程式設計(轉)

Linux下應用程式開發：QT中的多執行緒程式設計(轉)[@more@]　　Qt 作為一種基於 C++ 的跨平臺 GUI 系統，能夠提供給使用者構造圖形使用者介面的強大功能。為了滿足使用者構造複雜圖形介面系統的需求，Qt 提供了豐富的多執行緒程式設計支援。
　　
　　Qt 作為一種基於 C++ 的跨平臺 GUI 系統，能夠提供給使用者構造圖形使用者介面的強大功能。為了滿足使用者構造複雜圖形介面系統的需求，Qt 提供了豐富的多執行緒程式設計支援。從 2.2 版本開始，Qt 主要從下面三個方面對多執行緒程式設計提供支援：一、構造了一些基本的與平臺無關的執行緒類；二、提交使用者自定義事件的 Thread-safe 方式；三、多種執行緒間同步機制，如訊號量，全域性鎖。這些都給使用者提供了極大的方便。不過，在某些情況下，使用定時器機制能夠比利用 Qt 本身的多執行緒機制更方便地實現所需要的功能，同時也避免了不安全的現象發生。本文不僅對 Qt 中的多執行緒支援機制進行了討論，還著重探討了利用定時器機制模擬多執行緒程式設計的方法。
　　
　　1、系統對多執行緒程式設計的支援
　　不同的平臺對 Qt 的多執行緒支援方式是不同的。當使用者在 Windows 作業系統上安裝 Qt 系統時，執行緒支援是編譯器的一個選項，在 Qt 的 mkfiles 子目錄中包括了不同種類編譯器的編譯檔案，其中帶有 -mt 字尾的檔案才是支援多執行緒的。
　　
　　而在 Unix 作業系統中，執行緒的支援是透過在執行 configure 指令碼檔案時新增 -thread 選項加入的。安裝過程將建立一個獨立的庫，即 libqt-mt，因此要支援多執行緒程式設計時，必須與該庫連結（連結選項為-lqt-mt），而不是與通常的 Qt 庫（-lqt）連結。
　　
　　另外，無論是何種平臺，在增加執行緒支援時都需要定義宏 QT_THREAD_SUPPORT（即增加編譯選項-DQT_THREAD_SUPPORT）。在 Windows 作業系統中，這一點通常是在 qconfig.h 檔案中增加一個選項來實現的。而在 Unix 系統中通常新增在有關的 Makefile 檔案中。
　　
　　2、Qt中的執行緒類
　　在 Qt 系統中與執行緒相關的最重要的類當然是 QThread 類，該類提供了建立一個新執行緒以及控制執行緒執行的各種方法。執行緒是透過 QThread::run() 過載函式開始執行的，這一點很象 Java 語言中的執行緒類。在 Qt 系統中，始終執行著一個GUI 主事件執行緒，這個主執行緒從視窗系統中獲取事件，並將它們分發到各個元件去處理。在 QThread 類中還有一種從非主事件執行緒中將事件提交給一個物件的方法，也就是 QThread::postEvent()方法，該方法提供了 Qt 中的一種 Thread-safe 的事件提交過程。提交的事件被放進一個佇列中，然後 GUI 主事件執行緒被喚醒並將此事件發給相應的物件，這個過程與一般的視窗系統事件處理過程是一樣的。值得注意的是，當事件處理過程被呼叫時，是在主事件執行緒中被呼叫的，而不是在呼叫QThread::postEvent 方法的執行緒中被呼叫。比如使用者可以從一個執行緒中迫使另一個執行緒重畫指定區域：
　　
　　QWidget *mywidget;
　　QThread::postEvent(mywidget, new QPaintEvent(QRect(0,0,100,100)));
　　
　　然而，只有一個執行緒類是不夠的，為編寫出支援多執行緒的程式，還需要實現兩個不同的執行緒對共有資料的互斥訪問，因此 Qt 還提供了 QMutex 類，一個執行緒在訪問臨界資料時，需要加鎖，此時其他執行緒是無法對該臨界資料同時加鎖的，直到前一個執行緒釋放該臨界資料。透過這種方式才能實現對臨界資料的原子操作。
　　
　　除此之外，還需要一些機制使得處於等待狀態的執行緒在特定情況下被喚醒。QWaitCondition 類就提供了這種功能。當發生特定事件時，QWaitCondition 將喚醒等待該事件的所有執行緒或者喚醒任意一個被選中的執行緒。
　　
　　3、使用者自定義事件在多執行緒程式設計中的應用
　　在 Qt 系統中，定義了很多種類的事件，如定時器事件、滑鼠移動事件、鍵盤事件、視窗控制元件事件等。通常，事件都來自底層的視窗系統，Qt 的主事件迴圈函式從系統的事件佇列中獲取這些事件，並將它們轉換為 QEvent，然後傳給相應的 QObjects 物件。
　　
　　除此之外，為了滿足使用者的需求，Qt 系統還提供了一個 QCustomEvent 類，用於使用者自定義事件，這些自定義事件可以利用 QThread::postEvent() 或者QApplication::postEvent() 被髮給各種控制元件或其他 QObject 例項，而 QWidget 類的子類可以透過 QWidget::customEvent() 事件處理函式方便地接收到這些自定義的事件。需要注意的是：QCustomEvent 物件在建立時都帶有一個型別標識 id 以定義事件型別，為了避免與 Qt 系統定義的事件型別衝突，該 id 值應該大於列舉型別 QEvent::Type 中給出的 "User" 值。
　　
　　在下面的例子中，顯示了多執行緒程式設計中如何利用使用者自定義事件類。
　　
　　UserEvent類是使用者自定義的事件類，其事件標識為346798，顯然不會與系統定義的事件型別衝突。
　　
　　class UserEvent : public QCustomEvent　 //使用者自定義的事件類
　　{
　　public:
　　 UserEvent(QString s) : QCustomEvent(346798), sz(s) { ; }
　　 QString str() const { return sz; }
　　private:
　　 QString sz;　　
　　};
　　
　　UserThread類是由QThread類繼承而來的子類，在該類中除了定義有關的變數和執行緒控制函式外，最主要的是定義執行緒的啟動函式UserThread::run()，在該函式中建立了一個使用者自定義事件UserEvent，並利用QThread類的postEvent函式提交該事件給相應的接收物件。
　　
　　class UserThread : public QThread　　　//使用者定義的執行緒類
　　{
　　public:
　　 UserThread(QObject *r, QMutex *m, QWaitCondition *c);
　　QObject *receiver;
　　}
　　
　　void UserThread::run()　　 //執行緒類啟動函式，在該函式中建立了一個使用者自定義事件
　　{UserEvent *re = new UserEvent(resultstring);
　　 　QThread::postEvent(receiver, re);
　　}
　　
　　UserWidget類是使用者定義的用於接收自定義事件的QWidget類的子類，該類利用slotGo()函式建立了一個新的執行緒recv（UserThread類），當收到相應的自定義事件（即id為346798）時，利用customEvent函式對事件進行處理。
　　
　　void UserWidget::slotGo()　　//使用者定義控制元件的成員函式
　　{ mutex.lock();　
　　 if (! recv)
　　 recv = new UserThread(this, &mutex, &condition);
　　 recv->start();
　　 mutex.unlock();
　　}
　　
　　void UserWidget::customEvent(QCustomEvent *e)　 //使用者自定義事件處理函式
　　{ if (e->type()==346798)
　　 {
　　 UserEvent *re = (UserEvent *) e;
　　　　　　newstring = re->str();
　　　　}
　　}
　　
　　在這個例子中，UserWidget物件中建立了新的執行緒UserThread，使用者可以利用這個執行緒實現一些週期性的處理（如接收底層發來的訊息等），一旦滿足特定條件就提交一個使用者自定義的事件，當UserWidget物件收到該事件時，可以按需求做出相應的處理，而一般情況下，UserWidget物件可以正常地執行某些例行處理，而完全不受底層訊息的影響。
　　
　　4、利用定時器機制實現多執行緒程式設計
　　為了避免Qt系統中多執行緒程式設計帶來的問題，還可以使用系統中提供的定時器機制來實現類似的功能。定時器機制將併發的事件序列化，簡化了對併發事件的處理，從而避免了thread-safe方面問題的出現。
　　
　　在下面的例子中，同時有若干個物件需要接收底層發來的訊息（可以透過Socket、FIFO等程式間通訊機制），而訊息是隨機收到的，需要有一個GUI主執行緒專門負責接收訊息。當收到訊息時主執行緒初始化相應物件使之開始處理，同時返回，這樣主執行緒就可以始終更新介面顯示並接收外界發來的訊息，達到同時對多個物件的控制；另一方面，各個物件在處理完訊息後需要通知GUI主執行緒。對於這個問題，可以利用第3節中的使用者自定義事件的方法，在主執行緒中安裝一個事件過濾器，來捕捉從各個物件中發來的自定義事件，然後發出訊號呼叫主執行緒中的一個槽函式。
　　
　　另外，也可以利用Qt中的定時器機制實現類似的功能，而又不必擔心Thread-safe問題。下面就是有關的程式碼部分：
　　
　　在使用者定義的Server類中建立和啟動了定時器，並利用connect函式將定時器超時與讀取裝置檔案資料相關聯：
　　
　　Server:: Server(QWidget *parent) : QWidget(parent)
　　{
　　readTimer = new QTimer(this);　 //建立並啟動定時器
　　　 connect(readTimer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(slotReadFile()));　 //每當定時器超時時呼叫函式slotReadFile讀取檔案
　　　 readTimer->start(100);
　　}
　　
　　slotReadFile函式負責在定時器超時時，從檔案中讀取資料，然後重新啟動定時器：
　　
　　int Server::slotReadFile()　　// 訊息讀取和處理函式
　　{
　　　readTimer->stop();　　 //暫時停止定時器計時
　　　ret = read(file, buf );　 //讀取檔案
　　if(ret == NULL)
　　{　　readTimer->start(100);　　 //當沒有新訊息時，重新啟動定時器
　　 　 return(-1);
　　}
　　　else
　　　　　 根據buf中的內容將訊息分發給各個相應的物件處理……；
　　readTimer->start(100);　　//重新啟動定時器
　　}
　　
　　在該程式中，利用了類似輪循的方式定時對使用者指定的裝置檔案進行讀取，根據讀到的資料內容將資訊傳送到各個相應的物件。使用者可以在自己的GUI主執行緒中建立一個Server類，幫助實現底層的訊息接收過程，而本身仍然可以處理諸如介面顯示的問題。當各個物件完成處理後，透過重新啟動定時器繼續進行週期性讀取底層裝置檔案的過程。當然，這種方法適合於各物件對事件的處理時間較短，而底層裝置發來訊息的頻率又相對較慢的情況。