同步線程

盡管線程的初衷是讓代碼并行運(yùn)行，仍然有許多時(shí)候，線程必須停下來等待其他線程。例如，若有兩個(gè)線程嘗試同時(shí)寫入同一個(gè)變量，則結(jié)果是不確定的。讓線程強(qiáng)制等待另外線程，這樣的機(jī)制被稱為互斥，是一種保護(hù)共享資源（如數(shù)據(jù)）的常用技術(shù)。

Qt 在為線程同步提供高級機(jī)制的同時(shí)，也提供了低級原語。

低級同步原語

QMutex 是能夠進(jìn)行強(qiáng)制互斥的基礎(chǔ)類。為了獲取對一個(gè)共享資源的訪問權(quán)，線程會鎖住一個(gè)互斥鎖。若此時(shí)，另一個(gè)線程嘗試再次加鎖，則導(dǎo)致后者進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到第一個(gè)線程完成任務(wù)并解開互斥鎖。

QReadWriteLock 類似 QMutex ，只是前者區(qū)分了“讀”與“寫”的訪問權(quán)限。當(dāng)一段數(shù)據(jù)未處于寫入過程中時(shí)，多個(gè)線程可以安全地同時(shí)讀取它。QMutex 能強(qiáng)制多個(gè)線程輪流訪問共享數(shù)據(jù)，而 QReadWriteLock 允許同時(shí)讀取，提高了并行性。

QSemaphore 是 QMutex 的泛化，它保護(hù)一定數(shù)量的同類資源。QMutex 則與之相反，僅保護(hù)一個(gè)資源。信號量示例是 QSemaphore 的一個(gè)使用典例：同步訪問在生產(chǎn)者和使用者之間的循環(huán)緩沖區(qū)。

QWaitCondition 不同于強(qiáng)制互斥，它提供一個(gè) 條件變量 來同步線程。不同于其他原語令線程等待至資源解鎖，QWaitCondition 可以讓線程在符合特定條件時(shí)退出等待。為了讓等待中的線程繼續(xù)執(zhí)行，調(diào)用 wakeOne() 來隨機(jī)喚醒一個(gè)線程，或者調(diào)用 wakeAll() 來同時(shí)喚醒所有線程。等待條件示例將告訴您如何使用 QWaitCondition 取代 QSemaphore 來解決生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題。

注意：Qt 的同步類依賴于使用正確對齊的指針。例如，您不能在 MSVC 中使用打包類。（譯者注：即使用 #pragma pack 或 alignas 等方式非常規(guī)對齊地存儲同步類對象)

這些線程同步類能讓一個(gè)方法做到線程安全。不過，這會導(dǎo)致性能損失，因此大多數(shù) Qt 的方法都不保障線程安全。

風(fēng)險(xiǎn)

如果一個(gè)線程鎖定了一個(gè)資源，卻在沒有使用完畢后解鎖它，則可能會導(dǎo)致程序凍結(jié)，因?yàn)槠渌€程將永遠(yuǎn)無法訪問該資源。這很容易出現(xiàn)在，例如，有異常拋出，并強(qiáng)制當(dāng)前函數(shù)返回，而沒有釋放鎖的場景中。（譯者注：異常拋出時(shí)，當(dāng)前函數(shù)會被強(qiáng)制就地返回，本地棧變量會被釋放。因此在引發(fā)異常的代碼之后的 unlock() 不會被執(zhí)行)

另一個(gè)類似的場景是死鎖。例如，假設(shè)線程 A 正在等待線程 B 解鎖一個(gè)資源。若此時(shí)線程 B 也在等待線程 A 解鎖另一個(gè)資源，那么兩個(gè)線程持續(xù)相互等待，這將造成程序凍結(jié)。

提供便利的類

QMutexLocker、QReadLocker 與 QWriteLocker 使得 QMutex 與 QReadWriteLock 使用起來更加簡單。這些類會在它們構(gòu)造時(shí)鎖定資源，在析構(gòu)時(shí)自動解鎖資源。設(shè)計(jì)它們的初衷是簡化使用 QMutex 與 QReadWriteLock 的代碼，降低資源被意外永久鎖定的可能性。(譯者注：此方式可以保證線程安全，即在拋出異常，導(dǎo)致函數(shù)強(qiáng)制返回時(shí)，鎖會因?yàn)楸镜氐?locker 棧對象析構(gòu)而被自動解鎖)

高級事件隊(duì)列

Qt 的事件系統(tǒng) 在跨線程通信中非常有用。每個(gè)線程都有自己的事件循環(huán)。要令槽函數(shù)（或任何可動態(tài)調(diào)用的方法）在另一個(gè)線程中被調(diào)用，可將該調(diào)用目標(biāo)置入目標(biāo)線程的事件循環(huán)中。這可讓目標(biāo)線程完成當(dāng)前任務(wù)后再執(zhí)行槽函數(shù)，而原始線程繼續(xù)并行運(yùn)行。

若要將調(diào)用代碼置于事件循環(huán)中，可創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列信號槽連接。每當(dāng)發(fā)出信號時(shí)，事件系統(tǒng)將記錄它的參數(shù)。該信號接收者所屬的線程將會執(zhí)行對應(yīng)的槽函數(shù)。此外，也可以使用 QMetaObject::invokeMethod() 以達(dá)到同樣效果，同時(shí)無需發(fā)射信號。在這兩種情況下，都必須使用隊(duì)列連接，因?yàn)?直接連接會繞過事件系統(tǒng)，在當(dāng)前線程中立刻執(zhí)行該方法。

不同于使用低級原語，使用事件系統(tǒng)進(jìn)行線程同步?jīng)]有死鎖的風(fēng)險(xiǎn)。不過，事件系統(tǒng)不會強(qiáng)制執(zhí)行互斥。如果可動態(tài)調(diào)用的方法訪問共享數(shù)據(jù)，則依然需要使用低級原語對其進(jìn)行保護(hù)。

即便如此，Qt 的事件系統(tǒng)以及隱式共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)依然提供了傳統(tǒng)線程鎖定的替代方案。如果僅使用信號槽，而且線程間無共享變量，多線程程序完全可以不使用低級原語。

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