QT并发机制

QT 提供了多种并发编程机制，使得开发者能够充分利用多核处理器优势，同时保持代码的可维护性和跨平台特性。以下是 QT 主要的并发机制：

1. QThread - 线程基础类

QThread 是 QT 中最基础的线程类，提供了创建和管理线程的能力。

class WorkerThread : public QThread {
    void run() override {
        // 在这里执行耗时操作
        qDebug() << "Worker thread running";
    }
};

// 使用
WorkerThread *thread = new WorkerThread;
thread->start(); // 启动线程

2. 基于 QObject 的线程模型

更推荐的方式是将 QObject 移动到线程中：

class Worker : public QObject {
    Q_OBJECT
public slots:
    void doWork() {
        // 执行耗时任务
        emit resultReady(result);
    }
signals:
    void resultReady(const QString &result);
};

// 使用
QThread *thread = new QThread;
Worker *worker = new Worker;
worker->moveToThread(thread);

connect(thread, &QThread::started, worker, &Worker::doWork);
connect(worker, &Worker::resultReady, [](const QString &result){
    // 处理结果
});

thread->start();

3. QtConcurrent - 高级并发API

QtConcurrent 提供了更高层次的并发编程接口：

// 并行映射
QList<int> list = {1, 2, 3, 4, 5};
QFuture<void> future = QtConcurrent::map(list, [](int &x){
    x *= 2;
});
future.waitForFinished(); // 等待完成

// 并行过滤
QFuture<int> filtered = QtConcurrent::filtered(list, [](int x){
    return x > 5;
});

// 并行归约
int sum = QtConcurrent::blockingReduced(list, [](int &result, int x){
    result += x;
});

4. QThreadPool 和 QRunnable

对于任务队列模式：

class Task : public QRunnable {
    void run() override {
        // 执行任务
    }
};

// 使用
Task *task = new Task;
QThreadPool::globalInstance()->start(task);

5. 线程同步机制

QT 提供了多种线程同步工具：

• QMutex - 互斥锁

  QMutex mutex;
  mutex.lock();
  // 临界区代码
  mutex.unlock();
  
  // 或使用 QMutexLocker
  QMutexLocker locker(&mutex);
  // 临界区代码

• QReadWriteLock - 读写锁

  cpp

  QReadWriteLock lock;
  lock.lockForRead();  // 多个读取
  lock.lockForWrite(); // 单个写入

• QSemaphore - 信号量

  QSemaphore sem(5); // 5个资源
  sem.acquire(3);    // 获取3个
  sem.release(2);    // 释放2个

• QWaitCondition - 条件变量

  QWaitCondition condition;
  QMutex mutex;
  
  // 等待线程
  mutex.lock();
  condition.wait(&mutex);
  mutex.unlock();
  
  // 唤醒线程
  condition.wakeOne(); // 或 wakeAll()

6. 线程间通信

• 信号槽机制：QT 的自动连接方式默认是队列连接(Qt::QueuedConnection)，可以安全地跨线程通信

• QMetaObject::invokeMethod：跨线程调用方法

  QMetaObject::invokeMethod(object, "methodName",
                           Qt::QueuedConnection,
                           Q_ARG(QString, "param"));

7. 异步操作

• QFuture 和 QFutureWatcher 用于监控异步操作

  QFuture<int> future = QtConcurrent::run([](){
      return 42;
  });
  
  QFutureWatcher<int> *watcher = new QFutureWatcher<int>;
  connect(watcher, &QFutureWatcher<int>::finished, [](){
      qDebug() << "Done";
  });
  watcher->setFuture(future);

最佳实践

1. 避免直接继承 QThread，推荐使用 moveToThread

2. 主线程只用于 GUI 操作，耗时操作放在工作线程

3. 使用信号槽进行线程间通信，避免直接共享数据

4. 使用 QMutexLocker 等 RAII 类管理锁资源

5. 考虑使用 QtConcurrent 简化并行算法实现