Qt同步執行緒(QMutex QMutexLocker QReadWriteLock QSemaphore QWaitCondition )
Qt同步執行緒
我們知道,多執行緒有的時候是很有用的,但是在訪問一些公共的資源或者資料時,需要進行同步,否則會使資料遭到破壞或者獲取的值不正確。Qt提供了一些類來實現執行緒的同步,如QMutex,QMutexLocker,QReadWriteLock,QReadLocker,QWriteLocker,QSemaphore和QWaitCondition。下面我們分別來看它們的用法:
QMutex
首先,簡單的瞭解一下QMutex提供的函式。
建構函式:QMutex(RecursionModemode= NonRecursive )。
需要注意的是建構函式的引數,RecursionMode遞迴模式。列舉型別
QMutex::Recursive,在這個模式下,一個執行緒可以多次鎖同一個互斥量。需要注意的是,呼叫lock()多少次鎖,就必須相應的呼叫unlock()一樣次數解鎖。
QMutex::NonRecursive(預設),在這個模式下,一個執行緒只能鎖互斥量一次。
voidQMutex::lock()
該函式用來鎖住一個互斥量。如果另外的執行緒已經鎖住了互斥量,函式將被阻塞等待另外的執行緒解鎖互斥量。
如果是一個可遞迴的互斥量,則可以從同一個執行緒多次呼叫這個函式,如果是非遞迴的互斥量,多次呼叫這個函式將會引發死鎖。我們來看看原始碼是怎麼實現的。
void QMutex::lock() { QMutexPrivate *d = static_cast<QMutexPrivate*>(this->d); Qt::HANDLE self; if(d->recursive) { self = QThread::currentThreadId(); if(d->owner == self) { ++d->count; //同一個執行緒多次lock時,僅僅自增count //當然遞迴次數太多也會導致棧溢位 Q_ASSERT_X(d->count != 0, "QMutex::lock", "Overflowin recursion counter"); return; } bool isLocked = d->contenders.testAndSetAcquire(0, 1); //嘗試加鎖if(!isLocked) { // didn't get the lock, wait for it isLocked = d->wait(); Q_ASSERT_X(isLocked, "QMutex::lock", "Internalerror, infinite wait has timed out."); } d->owner = self; //遞迴模式時,owner記錄擁有互斥量的執行緒 ++d->count; //記錄lock的次數 Q_ASSERT_X(d->count != 0, "QMutex::lock", "Overflowin recursion counter"); return; } //非遞迴模式時, bool isLocked = d->contenders.testAndSetAcquire(0, 1); //嘗試加鎖if(!isLocked) { lockInternal(); //加鎖失敗則在lockInternal()中一直等到別的執行緒解鎖。 } } 看看lockInternal的實現 void QMutex::lockInternal() { 。。。 do { 。。。。//其他程式碼太複雜,感覺最重要的就是這個while迴圈了, //一直迴圈檢測,試圖加鎖。這我們就好理解,非遞迴模式的//互斥量,不要在同一個執行緒裡,多次呼叫lock了。因為第二次呼叫的時候會在這裡死迴圈了 } while(d->contenders != 0 || !d->contenders.testAndSetAcquire(0, 1));//嘗試加鎖 。。。。。。。 }
boolQMutex::tryLock()
該函式試圖鎖一個互斥量,如果成功則返回true。如果另外的執行緒已經鎖住了互斥量,函式直接返回false。
boolQMutex::tryLock(inttimeout)
該函式跟上面的trylock()相似。不同的是,如果互斥量在別的執行緒鎖住的情況下,函式會等待timeout毫秒。需要注意的是,如果傳入的timeout為負數,函式將無限期等待,跟呼叫lock()一樣的效果。這個函式跟上面的差不多,所以只看該函式的原始碼實現就好了。
bool QMutex::tryLock(inttimeout) { QMutexPrivate *d = static_cast<QMutexPrivate*>(this->d); Qt::HANDLE self; if(d->recursive)
{ self = QThread::currentThreadId(); if(d->owner == self) { ++d->count; Q_ASSERT_X(d->count != 0, "QMutex::tryLock", "Overflow in recursion counter"); return true; } bool isLocked = d->contenders.testAndSetAcquire(0, 1); if(!isLocked) { // didn'tget the lock, wait for it isLocked = d->wait(timeout); //嘗試加鎖失敗則等待 if(!isLocked) return false; } d->owner = self; ++d->count; Q_ASSERT_X(d->count != 0, "QMutex::tryLock", "Overflow in recursion counter"); return true; } //嘗試加鎖失敗,(d->contenders.testAndSetAcquire(0,1)返回false,所以繼續執行d->wait(timeout); return (d->contenders.testAndSetAcquire(0, 1) ||d->wait(timeout)); } //在win下,wait函式實際上是用事件物件實現的 bool QMutexPrivate::wait(inttimeout) { if(contenders.fetchAndAddAcquire(1) == 0) { // lockacquired without waiting return true; } // 當timeout 小於0,則等待時間為INFINITE,這也就是為什麼傳負數引數時跟lock一樣會無限期等待了 boolreturnValue = (WaitForSingleObject(event,timeout < 0 ? INFINITE : timeout) == WAIT_OBJECT_0); contenders.deref(); returnreturnValue; }
voidQMutex::unlock()
該函式對互斥量進行解鎖。如果在另外的執行緒加鎖,嘗試在別的執行緒進行解鎖則會引發錯誤。試圖對沒有加鎖的互斥量解鎖結果是未定義的。
QMutexLocker
QmutexLocker只是為了簡化我們對互斥量的加鎖和解鎖操作。就像智慧指標方便我們使用普通指標一樣。
QMutexLocker(QMutex *mutex)。
建構函式必須傳入一個互斥量指標,然後在建構函式裡mutex直接呼叫lock()。
inline explicitQMutexLocker(QMutex *m) { Q_ASSERT_X((reinterpret_cast<quintptr>(m)& quintptr(1u)) == quintptr(0), "QMutexLocker","QMutex pointer is misaligned"); if (m){ m->lockInline(); // mutex呼叫lock()加鎖 val = reinterpret_cast<quintptr>(m)| quintptr(1u); } else{ val = 0; } } inline ~QMutexLocker() { unlock(); } inline void unlock() { if((val & quintptr(1u)) == quintptr(1u)) { val &= ~quintptr(1u); mutex()->unlockInline(); //析構時呼叫unlock,確保mutex在離開呼叫執行緒時被解鎖。 } }
下面來看看具體的用法:
假設有個函式有很多return 語句,那麼我們就必須記得在每個return語句前unlock互斥量,否則互斥量將無法得到解鎖,導致其他等待的執行緒無法繼續執行。
int complexFunction(intflag) { mutex.lock(); int retVal = 0; switch (flag) { case 0: case1: retVal = moreComplexFunction(flag); break; case 2: { int status = anotherFunction(); if (status < 0) { mutex.unlock(); return -2; } retVal = status + flag; } break; default: if (flag > 10) { mutex.unlock(); return -1; } break; } mutex.unlock(); return retVal; }
這樣的程式碼顯得很冗餘又容易出錯。如果我們用QMutexLocker
intcomplexFunction(int flag) { QMutexLocker locker(&mutex); int retVal = 0; switch (flag) { case 0: case 1: return moreComplexFunction(flag); case 2: { int status = anotherFunction(); if (status < 0) return -2; retVal = status + flag; } break; default: if (flag > 10) return -1; break; } return retVal; }
由於locker 是區域性變數,在離開函式作用域時,mutex肯定會被解鎖。
QReadWriteLock
QReadWriteLock是一個讀寫鎖,主要用來同步保護需要讀寫的資源。當你想多個讀執行緒可以同時讀取資源,但是只能有一個寫執行緒操作資源,而其他執行緒必須等待寫執行緒完成時,這時候用這個讀寫鎖就很有用了。QreadWriteLock也有遞迴和非遞迴模式之分。
我們主要來看看最重要的兩個函式是如何實現讀寫操作的同步的。
voidQReadWriteLock::lockForRead()
該函式lock接了讀操作的鎖。如果有別的執行緒已經對lock接了寫操作的鎖,則函式會阻塞等待。
void QReadWriteLock::lockForRead() { QMutexLocker lock(&d->mutex); Qt::HANDLE self = 0; if(d->recursive) { self = QThread::currentThreadId(); QHash<Qt::HANDLE, int>::iterator it = d->currentReaders.find(self); if (it!= d->currentReaders.end()) { ++it.value(); ++d->accessCount; Q_ASSERT_X(d->accessCount >0, "QReadWriteLock::lockForRead()", "Overflowin lock counter"); return; } } // accessCount 小於0說明有寫執行緒在操作資源,則阻塞 while(d->accessCount < 0 || d->waitingWriters) { ++d->waitingReaders; //自增等待的讀執行緒數 d->readerWait.wait(&d->mutex); --d->waitingReaders; } if(d->recursive) d->currentReaders.insert(self, 1); ++d->accessCount; //自增,記錄有多少個執行緒訪問了資源 Q_ASSERT_X(d->accessCount > 0, "QReadWriteLock::lockForRead()", "Overflow in lock counter"); } void QReadWriteLock::lockForWrite () 該函式給lock加了寫操作的鎖,如果別的執行緒已經加了讀或者寫的鎖,則函式會被阻塞。 void QReadWriteLock::lockForWrite() { QMutexLocker lock(&d->mutex); Qt::HANDLE self = 0; if(d->recursive) { self = QThread::currentThreadId(); if(d->currentWriter == self) { --d->accessCount; Q_ASSERT_X(d->accessCount <0, "QReadWriteLock::lockForWrite()", "Overflowin lock counter"); return; } } // accessCount不等於0,說明有執行緒在操作資源,則函式阻塞等待。 // accessCount大於0說明有讀執行緒在讀取資源, // accessCount小於0說明有寫執行緒在寫資料 while(d->accessCount != 0) { ++d->waitingWriters; //自增等待的寫執行緒數 d->writerWait.wait(&d->mutex); --d->waitingWriters; } if(d->recursive) d->currentWriter = self; --d->accessCount; Q_ASSERT_X(d->accessCount < 0, "QReadWriteLock::lockForWrite()", "Overflow in lock counter"); }
voidQReadWriteLock::unlock()
解鎖函式,下面我們看看原始碼是如何實現,讓等待的寫執行緒優先於讀執行緒獲得互斥量的鎖的。
void QReadWriteLock::unlock() { QMutexLocker lock(&d->mutex); Q_ASSERT_X(d->accessCount != 0, "QReadWriteLock::unlock()", "Cannot unlock an unlocked lock"); boolunlocked = false; if(d->accessCount > 0) { // releasinga read lock if(d->recursive) { Qt::HANDLE self =QThread::currentThreadId(); QHash<Qt::HANDLE, int>::iterator it =d->currentReaders.find(self); if(it != d->currentReaders.end()) { if(--it.value() <= 0) d->currentReaders.erase(it); } } // d->accessCount 說明沒有執行緒在操作資源了unlocked為true unlocked = --d->accessCount == 0; } else if (d->accessCount < 0 &&++d->accessCount == 0) { // d->accessCount <0 說明有寫執行緒在操作。則解鎖unlocked = true; // released awrite lock unlocked = true; d->currentWriter = 0; } //最重要的就是這裡 if(unlocked) { if(d->waitingWriters) { //如果有寫執行緒在等待,則wake一個寫執行緒。前面我們已經知道,寫執行緒是隻能有一個對資源進行操作的,所以就wakeone了。 d->writerWait.wakeOne(); } else if (d->waitingReaders) { //如果沒有等待的寫執行緒,則wake全部的讀執行緒。因為讀執行緒是可以多個對資源進行操作的。 d->readerWait.wakeAll(); } } }
下面是我自己簡單的實現用例:
class Lock:publicQObject { Q_OBJECT public: Lock(); ~Lock(); void Start(); void Read(); void Write(); void ReadThread1(); void ReadThread2(); void WriteThread1(); void WriteThread2(); protected: private: string strResource; QReadWriteLock lock; }; Lock::Lock() { strResource = "Hellworld ......"; } Lock::~Lock() { } void Lock::Read() { cout<<"Readdata :"<<strResource<<endl; QEventLoop loop; QTimer::singleShot(2000,&loop,SLOT(quit())); loop.exec(); } void Lock::Write() { strResource = "writelock "; cout<<"Writedata :"<<strResource<<endl; QEventLoop loop; QTimer::singleShot(2000,&loop,SLOT(quit())); loop.exec(); } void Lock::ReadThread1() { lock.lockForRead(); cout<<"ReadThread1 lockForRead"<<endl; Read(); cout<<"ReadThread1 unlock"<<endl; lock.unlock(); } void Lock::ReadThread2() { lock.lockForRead(); cout<<"ReadThread2 lockForRead"<<endl; Read(); cout<<"ReadThread2 unlock"<<endl; lock.unlock(); } void Lock::WriteThread1() { lock.lockForWrite(); cout<<"WriteThread1 lockForWrite"<<endl; Write(); cout<<"WriteThread1 unlock"<<endl; lock.unlock(); } void Lock::WriteThread2() { lock.lockForWrite(); cout<<"WriteThread2 lockForWrite"<<endl; Write(); cout<<"WriteThread2 unlock"<<endl; lock.unlock(); } void Lock::Start() { QtConcurrent::run(this,&Lock::ReadThread1); QtConcurrent::run(this,&Lock::ReadThread2); QtConcurrent::run(this,&Lock::WriteThread1); QtConcurrent::run(this,&Lock::WriteThread2); }
這裡我先啟動兩個讀執行緒,再啟動寫執行緒,執行結果如下。我們發現先讀執行緒1先加了鎖,讀執行緒1還沒解鎖的時候,讀執行緒2已經加了鎖,驗證了讀執行緒是可以同時進入的。
如果我改一下程式碼:
voidLock::Start()
{
QtConcurrent::run(this,&Lock::WriteThread1);
QtConcurrent::run(this,&Lock::ReadThread1);
QtConcurrent::run(this,&Lock::ReadThread2);
QtConcurrent::run(this,&Lock::WriteThread2);
}
我先啟動WriteThread1,然後啟動兩個讀執行緒,最後啟動WriteThread2。執行結果如下,我們發現,WriteThread1執行完之後,先執行WriteThread2,最後才是兩個讀執行緒。驗證了寫執行緒比讀執行緒先獲得鎖。
QSemaphore
QSemaphore是提供一個計數的訊號量。訊號量是泛化的互斥量。一個訊號量只能鎖一次,但是我們可以多次獲得訊號量。訊號量可以用來同步保護一定數量的資源。
訊號量支援兩個基本是函式,acquire()和release():
acquire(n):嘗試獲取n個資源。 如果獲取不到足夠的資源,這個會一直鎖住直到可以獲取足夠的資源
release(n):釋放n個資源。
它們的原始碼實現也很簡單:
void QSemaphore::acquire(intn) { Q_ASSERT_X(n >= 0, "QSemaphore::acquire", "parameter 'n' must be non-negative"); QMutexLocker locker(&d->mutex); while (n> d->avail) //申請的資源n 大於可用資源avail則進入等待。 d->cond.wait(locker.mutex()); d->avail -= n; } void QSemaphore::release(intn) { Q_ASSERT_X(n >= 0, "QSemaphore::release", "parameter 'n' must be non-negative"); QMutexLocker locker(&d->mutex); d->avail += n; d->cond.wakeAll(); }
由於avail變數,實際就是一個int的計數變數 。所以我們在呼叫release()傳入的引數n大於訊號量初始值也沒關係,只是說明可用資源增加了。
例如以下程式碼:
int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); QSemaphore sem(5); sem.acquire(5); cout<<"acquire(5); "<<"remaindresource :"<<sem.available()<<endl; sem.release(5); cout<<"release(5) "<<"remaindresource :"<<sem.available()<<endl; sem.release(10); cout<<"release(10) "<<"remaindresource :"<<sem.available()<<endl; sem.acquire(15); cout<<"acquire(15); "<<"remaindresource :"<<sem.available()<<endl; returna.exec(); }
訊號量最著名的就是生產者與消費者的例子,以後再研究了。
QWaitCondition
QWaitCondition類提供了一個條件變數,它允許我們通知其他執行緒,等待的某些條件已經滿足。等待QWaitCondition變數的可以是一個或多個執行緒。當我們用wakeOne()通知其他執行緒時,系統會隨機的選中一個等待執行緒進行喚醒,讓它繼續執行。其實前面的訊號量和讀寫鎖內部實現都有用到QWaitCondition的。
下面我們來看這個類重要的幾個函式:
boolQWaitCondition::wait(QMutex*mutex,unsignedlongtime=ULONG_MAX )
該函式對mutex解鎖,然後等待。在呼叫這個函式之前,mutex必須是加鎖狀態。如果mutex沒有加鎖,則函式直接返回。如果mutex是可遞迴的,函式也直接返回。該函式對mutex解鎖,然後等待,直到以下條件之一滿足:
1.另外的執行緒呼叫wakeOne()或wakeAll(),則該函式會返回true。
2.時間過了Time毫秒。如果time為ULONG_MAX(預設),則將會一直等待不會超時。如果超時則返回false。
boolQWaitCondition::wait(QReadWriteLock*readWriteLock,unsignedlongtime=ULONG_MAX )
函式對readWriteLock解鎖並等待條件變數。在呼叫這個函式之前,readWriteLock必須是加鎖狀態的。如果不是加鎖狀態,則函式立即返回。readWriteLock必須不能是遞迴加鎖的,否則將不能正確的解鎖。返回的滿足條件跟上面的函式一樣。
轉自:https://www.cnblogs.com/xiangtingshen/p/11267523.html