66.QT-线程并发、QTcpServer并发、QThreadPool线程池

1.线程并发
一个程序内部能拥有多个线程并行执行。一个线程的执行可以被认为是一个CPU在执行该程序。
当一个程序运行在多线程下，就好像有多个CPU在同时执行该程序。
总之，多线程即可以这么理解：多线程是处理高并发的一种编程方法，即并发需要用多线程实现。

2.如何分配线程数量
利用 CPU 核心数，应用并发编程来提高效率.线程IO时间所占比例越高，需要越多线程；线程CPU时间所占比例越高，需要越少线程。
理论上:

线程数量 = CPU 核数（逻辑）+ 1 

为什么+1,《Java并发编程实战》这么说：

• 计算(CPU)密集型的线程恰好在某时因为发生一个页错误或者因其他原因而暂停，刚好有一个“额外”的线程，可以确保在这种情况下CPU周期不会中断工作。

IO时间和CPU时间

• IO操作实际就是不需要CPU介入,比如DMA请求,比如把内容从硬盘上读到内存的过程，或者是从网络上接收信息到本机内存的过程(sleep也可以算IO操作)
• CPU操作实际就是进行大量的计算，消耗CPU资源，比如计算圆周率、对视频进行高清解码等等，全靠CPU的运算能力。

所以对于单核CPU而言:

最佳线程数 = 1 + (IO操作耗时/CPU操作耗时)

比如: IO操作耗时为500ms、CPU操作耗时为1500ms

最佳线程数 = 1 + (IO操作耗时/CPU操作耗时) = 1 + (500/1500) = 4

对于多核CPU而言:

最佳线程数 = CPU核心数 * (1 + (IO操作耗时/CPU操作耗时))

3.QTcpServer并发
QTcpServer要实现并发,首先需要子类化QTcpServer,然后重写incomingConnection()函数.该函数定义如下所示:

[virtual protected] void QTcpServer::incomingConnection(qintptr socketDescriptor)
// 当有新连接时,首先会调用该函数,通过socketDescriptor参数(连接本机的套接字)创建一个QTcpSocket，设置套接字描述符，然后将QTcpSocket存储在一个内部挂起连接列表中。最后触发newConnection()。

我们重写该函数,通过一个QThread将socketDescriptor参数传到一个线程中,然后调用socketDescriptor()函数初始化一个QTcpSocket.从而达到QThread中生成一个新的QTcpSocket.

MyServer重写如下所示:

void MyServer::incomingConnection(qintptr socketDescriptor)
{
  MyThread *thread = new MyThread(socketDescriptor, this);
  connect(thread, SIGNAL(finished()), thread, SLOT(deleteLater()));
  thread->start();
}

MyThread重写run如下所示:

void MyThread::run()
{
  QTcpSocket tcpSocket;
  // 初始化一个QTcpSocket
  if (!tcpSocket.setSocketDescriptor(socketDescriptor)) {
    emit error(tcpSocket.error());
    return;
  }
  // 发送字符串
  tcpSocket.write("123456".toLocal8Bit());
  tcpSocket.disconnectFromHost();
  tcpSocket.waitForDisconnected();
}

然后在widget中:

server.listen(QHostAddress::AnyIPv4,8080);

每当一个client连接该server时,就会接收到"123456",然后被断开.

4.线程池概念
假如服务器突然来了500个任务,但是我们最佳线程数是20个,不可能立马创建500个线程,因为线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。
所以我们需要线程池,线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。
线程池就相当于排队去银行办理业务.排队的人就是要处理业务的任务线程,客服就是线程池中容纳办理业务的最大数量.每当一个办理业务的线程结束后,线程池就会从等待队列中取出一个线程进行业务办理.

5.QThreadPool并发线程池
在Qt中,线程池可以使用QThreadPool类,用来管理多个QThread的集合.
QThreadPool管理和回收单独的QThread对象，以帮助减少使用线程的程序中创建线程的成本。
每个Qt应用程序都有一个全局QThreadPool对象，可以通过调用globalInstance()来访问(也可以自己定义个QThreadPool)。
要使用一个QThreadPool线程，需要子类化QRunnable.并实现run()虚函数。
然后创建一个子类化QRunnable类的一个对象，并将其传递给QThreadPool::start(),来启动一个线程.start()函数如下所示:

void QThreadPool::start(QRunnable *runnable, int priority = 0)
// 启动一个runnable,如果当前线程池数量超过了maxThreadCount(),那么将runnable添加到等待队列中.
// priority参数可用于控制runnable在等待队列中的被执行的顺序。
// 默认runnable->autoDelete()返回true，线程池将获得可运行对象的所有权，并且在runnable->run()返回后，可运行对象将被线程池自动删除。
// 可以通过QRunnable::setAutoDelete()来更改自动删除标志 

QThreadPool支持通过在QRunnable::run()中调用tryStart(this)来多次执行同一个QRunnable。
如果autoDelete被启用，QRunnable将在最后一个线程退出run函数时被删除。
当autoDelete启用时，使用相同的QRunnable多次调用start()会创建一个竞争条件，不建议这样做。

在一定时间内未使用的线程将过期。默认超时时间为30000毫秒(30秒)。这可以使用setExpiryTimeout(int)来更改。设置负数将禁用过期机制。

调用maxThreadCount()查询要使用的最大线程数。也可以使用setMaxThreadCount()来更改这个限制。默认值是QThread::idealThreadCount(). 该函数定义如下所示:

[static] int QThread::idealThreadCount()
//返回系统上可以运行的理想线程数。这是通过查询系统中真实的和逻辑的处理器核的数量来完成的。
//如果无法检测到处理器核数，则该函数返回1。

示例如下所示:

#include <QCoreApplication>
#include <QThread>
#include <QDebug>
#include <QRunnable>
#include <QThreadPool>

class ComputeTask : public QRunnable
{
  int index;
  void run() override
  {
      const int work = 1000 * 1000 * 40; // 每个任务计数40000000次
      volatile int v = 0;
      for (int j = 0; j < work; ++j)
          ++v;
      qDebug() << index << " thread: " << QThread::currentThreadId();
  }

public:
  ComputeTask(int i) {
        index = i;
  }

};

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    const int cnt = 200;   // 200个任务

    QThreadPool pool;
    qDebug() << "maxThreadCount: " << pool.maxThreadCount();
    for (int i = 0; i < cnt; ++i) {
        ComputeTask *compute = new ComputeTask(i);
        pool.start(compute);
    }

    return a.exec();
}

打印如下所示: