Qt同步线程（QMutex QMutexLocker QReadWriteLock QSemaphore QWaitCondition ）

Qt同步线程

我们知道，多线程有的时候是很有用的，但是在访问一些公共的资源或者数据时，需要进行同步，否则会使数据遭到破坏或者获取的值不正确。Qt提供了一些类来实现线程的同步，如QMutex，QMutexLocker，QReadWriteLock，QReadLocker，QWriteLocker，QSemaphore和QWaitCondition。下面我们分别来看它们的用法：

QMutex

首先，简单的了解一下QMutex提供的函数。

构造函数：QMutex ( RecursionMode mode = NonRecursive )。

需要注意的是构造函数的参数，RecursionMode 递归模式。枚举类型RecursionMode 有两个值：

QMutex::Recursive，在这个模式下，一个线程可以多次锁同一个互斥量。需要注意的是，调用lock()多少次锁，就必须相应的调用unlock()一样次数解锁。

QMutex::NonRecursive(默认)，在这个模式下，一个线程只能锁互斥量一次。

void QMutex::lock ()

该函数用来锁住一个互斥量。如果另外的线程已经锁住了互斥量，函数将被阻塞等待另外的线程解锁互斥量。

如果是一个可递归的互斥量，则可以从同一个线程多次调用这个函数，如果是非递归的互斥量，多次调用这个函数将会引发死锁。我们来看看源码是怎么实现的。

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;             //同一个线程多次lock时，仅仅自增count

　　　　//当然递归次数太多也会导致栈溢出

　　　　Q_ASSERT_X(d->count != , "QMutex::lock", "Overflowin recursion counter");

　　　　return;

　　}

　　bool isLocked = d->contenders.testAndSetAcquire(, );

　　if(!isLocked) {

　　　　// didn'tget the lock, wait for it

　　　　isLocked = d->wait();

　　　　Q_ASSERT_X(isLocked, "QMutex::lock",

　　　　"Internalerror, infinite wait has timed out.");

　　}

　　d->owner = self;          //递归模式时，owner记录拥有互斥量的线程

　　++d->count;             //记录lock的次数

　　Q_ASSERT_X(d->count != , "QMutex::lock", "Overflowin recursion counter");

　　return;

}

//非递归模式时，

　　bool isLocked = d->contenders.testAndSetAcquire(, );   //尝试加锁

　　if(!isLocked) {

　　　　lockInternal();  //加锁失败则在lockInternal()中一直等到别的线程解锁。

　　}

}

看看lockInternal的实现

void QMutex::lockInternal()

{

。。。

do {

。。。。//其他代码太复杂，感觉最重要的就是这个while循环了，

//一直循环检测，试图加锁。这我们就好理解，非递归模式的//互斥量，不要在同一个线程里，多次调用lock了。因为第二次调用的时候会在

//这里死循环了

} while(d->contenders !=  || !d->contenders.testAndSetAcquire(, ));

。。。。。。。

}

bool QMutex::tryLock ()

该函数试图锁一个互斥量，如果成功则返回true。如果另外的线程已经锁住了互斥量，函数直接返回false。

bool QMutex::tryLock ( int timeout )

该函数跟上面的trylock()相似。不同的是，如果互斥量在别的线程锁住的情况下，函数会等待timeout 毫秒。需要注意的是，如果传入的timeout 为负数，函数将无限期等待，跟调用lock()一样的效果。这个函数跟上面的差不多，所以只看该函数的源码实现就好了。

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 != , "QMutex::tryLock", "Overflow in recursion counter");

    　　　　return true;

　　　　}

    boolisLocked = d->contenders.testAndSetAcquire(, );

    if(!isLocked) {

        // didn'tget the lock, wait for it

        isLocked = d->wait(timeout);    //尝试加锁失败则等待

        if(!isLocked)

        return false;

    }

    d->owner = self;

    ++d->count;

    Q_ASSERT_X(d->count != , "QMutex::tryLock", "Overflow in recursion counter");

    return true;

}

//尝试加锁失败，(d->contenders.testAndSetAcquire(0,1)返回false，所以继续执行d->wait(timeout)；

return (d->contenders.testAndSetAcquire(, ) ||d->wait(timeout));

}

//在win下，wait函数实际上是用事件对象实现的

bool QMutexPrivate::wait(inttimeout)

{

if(contenders.fetchAndAddAcquire() == ) {

// lockacquired without waiting

return true;

}

// 当timeout 小于0，则等待时间为INFINITE，这也就是为什么传负数参数时跟lock一样会无限期等待了

boolreturnValue = (WaitForSingleObject(event,timeout <  ? INFINITE : timeout) ==  WAIT_OBJECT_0);

contenders.deref();

returnreturnValue;

}                

void QMutex::unlock ()

该函数对互斥量进行解锁。如果在另外的线程加锁，尝试在别的线程进行解锁则会引发错误。试图对没有加锁的互斥量解锁结果是未定义的。

QMutexLocker

QmutexLocker只是为了简化我们对互斥量的加锁和解锁操作。就像智能指针方便我们使用普通指针一样。

QMutexLocker (QMutex * mutex )。

构造函数必须传入一个互斥量指针，然后在构造函数里mutex直接调用lock()。

inline explicitQMutexLocker(QMutex *m)

{

Q_ASSERT_X((reinterpret_cast<quintptr>(m)& quintptr(1u)) == quintptr(),

"QMutexLocker","QMutex pointer is misaligned");

if (m){

m->lockInline();    // mutex调用lock()加锁

val = reinterpret_cast<quintptr>(m)| quintptr(1u);

} else{

val = ;

}

}

inline ~QMutexLocker() { unlock(); }

inline void unlock()

{

if((val & quintptr(1u)) == quintptr(1u)) {

val &= ~quintptr(1u);

mutex()->unlockInline();   //析构时调用unlock,确保mutex在离开调用线程时被解锁。

}

}

下面来看看具体的用法：

假设有个函数有很多return 语句，那么我们就必须记得在每个语句前unlock互斥量，否则互斥量将无法得到解锁，导致其他等待的线程无法继续执行。

int complexFunction(intflag)

{

　　mutex.lock();

　　int retVal = ;

　　switch (flag) {

　　　　case :

　　　　case1:

　　　　retVal = moreComplexFunction(flag);

　　　　break;

　　case :

　　{

　　　　int status = anotherFunction();

　　　　if (status < ) {

　　　　　　mutex.unlock();

　　　　　　return -;

　　　　}

　　　　retVal = status + flag;

　　}

　　break;

　　default:

　　if (flag > ) {

　　　　mutex.unlock();

　　　　return -;

　　}

　　break;

}

mutex.unlock();

return retVal;

}

这样的代码显得很冗余又容易出错。如果我们用QMutexLocker

intcomplexFunction(int flag)

{

QMutexLocker locker(&mutex);

int retVal = ;

switch (flag) {

case :

case :

return moreComplexFunction(flag);

case :

{

int status = anotherFunction();

if (status < )

return -;

retVal = status + flag;

}

break;

default:

if (flag > )

return -;

break;

}

return retVal;

}

由于locker 是局部变量，在离开函数作用域时，mutex肯定会被解锁。

QreadWriteLock

QreadWriteLock是一个读写锁，主要用来同步保护需要读写的资源。当你想多个读线程可以同时读取资源，但是只能有一个写线程操作资源，而其他线程必须等待写线程完成时，这时候用这个读写锁就很有用了。QreadWriteLock也有递归和非递归模式之分。

我们主要来看看最重要的两个函数是如何实现读写操作的同步的。

void QReadWriteLock::lockForRead ()

该函数lock接了读操作的锁。如果有别的线程已经对lock接了写操作的锁，则函数会阻塞等待。

void QReadWriteLock::lockForRead()

{

　　QMutexLocker lock(&d->mutex);

　　Qt::HANDLE self = ;

　　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 >, "QReadWriteLock::lockForRead()",

　　　　　　"Overflowin lock counter");

　　return;

　　}

}

// accessCount 小于0说明有写线程在操作资源，则阻塞

while(d->accessCount <  || d->waitingWriters) {

++d->waitingReaders;             //自增等待的读线程数

d->readerWait.wait(&d->mutex);

--d->waitingReaders;

}

if(d->recursive)

d->currentReaders.insert(self, );

++d->accessCount;    //自增，记录有多少个线程访问了资源

Q_ASSERT_X(d->accessCount > , "QReadWriteLock::lockForRead()", "Overflow in lock counter");

}

void QReadWriteLock::lockForWrite ()

该函数给lock加了写操作的锁，如果别的线程已经加了读或者写的锁，则函数会被阻塞。

void QReadWriteLock::lockForWrite()

{

QMutexLocker lock(&d->mutex);

Qt::HANDLE self = ;

if(d->recursive) {

self = QThread::currentThreadId();

if(d->currentWriter == self) {

--d->accessCount;

Q_ASSERT_X(d->accessCount <, "QReadWriteLock::lockForWrite()",

"Overflowin lock counter");

return;

}

}

// accessCount不等于0，说明有线程在操作资源，则函数阻塞等待。

// accessCount大于0说明有读线程在读取资源，

// accessCount小于0说明有写线程在写数据

while(d->accessCount != ) {

++d->waitingWriters;        //自增等待的写线程数

d->writerWait.wait(&d->mutex);

--d->waitingWriters;

}

if(d->recursive)

d->currentWriter = self;

--d->accessCount;

Q_ASSERT_X(d->accessCount < , "QReadWriteLock::lockForWrite()", "Overflow in lock counter");

}

void QReadWriteLock::unlock ()

解锁函数，下面我们看看源码是如何实现，让等待的写线程优先于读线程获得互斥量的锁的。

void QReadWriteLock::unlock()

{

QMutexLocker lock(&d->mutex);

Q_ASSERT_X(d->accessCount != , "QReadWriteLock::unlock()", "Cannot unlock an unlocked lock");

boolunlocked = false;

if(d->accessCount > ) {

// 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() <= )

d->currentReaders.erase(it);

}

}

// d->accessCount  说明没有线程在操作资源了unlocked为true

unlocked = --d->accessCount == ;

} else if (d->accessCount <  &&++d->accessCount == )

{

// d->accessCount <0 说明有写线程在操作。则解锁unlocked = true;

// released awrite lock

unlocked = true;

d->currentWriter = ;

}

//最重要的就是这里

if(unlocked) {

if(d->waitingWriters) {

//如果有写线程在等待，则wake一个写线程。前面我们已经知道，写线程是只

//能有一个对资源进行操作的，所以就wakeone了。

d->writerWait.wakeOne();

} else if (d->waitingReaders) {

//如果没有等待的写线程，则wake全部的读线程。因为读线程是可以多个对资源进行操作的。

d->readerWait.wakeAll();

}

}

}

下面是我自己简单的实现用例：

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(,&loop,SLOT(quit()));   

loop.exec();

}

void Lock::Write()

{

strResource = "writelock ";

cout<<"Writedata :"<<strResource<<endl;

QEventLoop loop;

QTimer::singleShot(,&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);

}

这里我先启动两个读线程，再启动写线程，运行结果如下。我们发现先读线程1先加了锁，读线程1还没解锁的时候，读线程2已经加了锁，验证了读线程是可以同时进入的。

如果我改一下代码：

void Lock::Start()

{

QtConcurrent::run(this,&Lock::WriteThread1);

QtConcurrent::run(this,&Lock::ReadThread1);

QtConcurrent::run(this,&Lock::ReadThread2);

QtConcurrent::run(this,&Lock::WriteThread2);

}

我先启动WriteThread1，然后启动两个读线程，最后启动WriteThread2。运行结果如下，我们发现，WriteThread1运行完之后，先运行WriteThread2，最后才是两个读线程。验证了写线程比读线程先获得锁。

QSemaphore

QSemaphore是提供一个计数的信号量。信号量是泛化的互斥量。一个信号量只能锁一次，但是我们可以多次获得信号量。信号量可以用来同步保护一定数量的资源。

信号量支持两个基本是函数， acquire()和 release()：

acquire(n) ：尝试获取n个资源。如果没有足够的可用资源，该函数调用会被则是。

release(n) ：释放n个资源。

它们的源码实现也很简单：

void QSemaphore::acquire(intn)

{

Q_ASSERT_X(n >= , "QSemaphore::acquire", "parameter 'n' must be non-negative");

QMutexLocker locker(&d->mutex);

while (n> d->avail)  //申请的资源n 大于可用资源avail则进入等待。

d->cond.wait(locker.mutex());

d->avail -= n;

}

void QSemaphore::release(intn)

{

Q_ASSERT_X(n >= , "QSemaphore::release", "parameter 'n' must be non-negative");

QMutexLocker locker(&d->mutex);

d->avail += n;

d->cond.wakeAll();

}

由于avail变量，实际就是一个int的计数变量 。所以我们在调用release()传入的参数n大于信号量初始值也没关系，只是说明可用资源增加了。

例如以下代码：

int main(int argc, char *argv[])

{

QCoreApplication a(argc, argv);

QSemaphore sem();

sem.acquire();

cout<<"acquire(5);  "<<"remaindresource :"<<sem.available()<<endl;

sem.release();

cout<<"release(5)  "<<"remaindresource :"<<sem.available()<<endl;

sem.release();

cout<<"release(10)  "<<"remaindresource :"<<sem.available()<<endl;

sem.acquire();

cout<<"acquire(15);  "<<"remaindresource :"<<sem.available()<<endl;

returna.exec();

}

信号量最著名的就是生产者与消费者的例子，以后再研究了。

QWaitCondition

QWaitCondition类提供了一个条件变量，它允许我们通知其他线程，等待的某些条件已经满足。等待QWaitCondition变量的可以是一个或多个线程。当我们用wakeOne()通知其他线程时，系统会随机的选中一个等待进行唤醒，让它继续运行。其实前面的信号量和读写锁内部实现都有用到QWaitCondition的。

下面我们来看这个类重要的几个函数：

ool QWaitCondition::wait ( QMutex * mutex, unsigned long time =ULONG_MAX )

该函数对mutex解锁，然后等待。在调用这个函数之前，mutex必须是加锁状态。如果mutex没有加锁，则函数直接返回。如果mutex是可递归的，函数也直接返回。该函数对mutex解锁，然后等待，知道以下条件之一满足：

1.     另外的线程调用wakeOne()或 wakeAll()，则该函数会返回true。

2.     时间过了Time毫秒。如果time为ULONG_MAX（默认），则将会一直等待不会超时。如果超时则返回false。

bool QWaitCondition::wait ( QReadWriteLock * readWriteLock, unsigned long time =ULONG_MAX )

函数对readWriteLock解锁并等待条件变量。在调用这个函数之前，readWriteLock必须是加锁状态的。如果不是加锁状态，则函数立即返回。readWriteLock必须不能是递归加锁的，否则将不能正确的解锁。返回的满足条件跟上面的函数一样。

http://blog.csdn.net/hai200501019/article/details/9889123