Qt之Threads和QObjects

简述

QThread继承自QObject，它发射信号（signals）以表明线程执行开始或结束，并提供了一些槽函数（slots）。

更有趣的是，QObjects可以在多线程中使用，发射信号以在其它线程中调用槽函数，并且向“存活”于其它线程中的对象发送事件（post events）。这是可能的，因为每一个线程都拥有它自身的事件循环（event loop）。

• 简述
• QObject可重入性
• 每个线程的事件循环
• 从其它线程访问QObject子类
• 跨线程的信号和槽

QObject可重入性

QObject是可重入的。它的大多数非GUI子类，例如：QTimer、QTcpSocket、QUdpSocket和QProcess，也都是可重入的，这使得在多线程中同时使用这些类成为可能。注意：这些类被设计成在单一线程中创建和使用的，在一个线程中创建一个对象而在另一个线程中调用该对象的函数，不保证能行得通。需要注意有三个约束：

• 一个QObject类型的孩子必须总是被创建在它的父亲所被创建的线程中。这意味着，除了别的以外，永远不要把QThread对象（this）作为该线程中创建的一个对象的父亲（因为QThread对象自身被创建在另外一个线程中）。

• 事件驱动的对象可能只能被用在一个单线程中。特别是，这适用于计时器机制（timer mechanism）和网络模块。例如：你不能在不属于这个对象的线程中启动一个定时器或连接一个socket，必须保证在删除QThread之前删除所有创建在这个线程中的对象。在run()函数的实现中，通过在栈中创建这些对象，可以轻松地做到这一点。

• 虽然QObject是可重入的，但GUI类，尤其是QWidget及其所有子类都不是可重入的，它们只能被用在主线程中。如前面所述，QCoreApplication::exec()必须也从那个线程被调用。

在实践中，只能在主线程而非其它线程中使用GUI的类这一点，可以很轻易地被解决：将耗时操作放在一个单独的worker线程中，当worker线程结束后在主线程中由屏幕显示结果。这个方法被用来实现Mandelbrot Example和the Blocking Fortune Client Example。

一般来说，在QApplication之前就创建QObject是不行的，会导致奇怪的崩溃或退出，取决于平台。这意味着，也不支持QObject的静态实例。一个单线程或多线程的应用程序应该先创建QApplication，并最后销毁QObject。

每个线程的事件循环

每个线程都有它自己的事件循环。初始线程通过QCoreApplication::exec()来启动它的事件循环, 或者对于单对话框的GUI应用程序，有些时候用QDialog::exec()，其它线程可以用QThread::exec()来启动事件循环。就像QCoreApplication，QThread提供一个exit(int)函数和quit()槽函数.

一个线程中的事件循环使得该线程可以利用一些非GUI的、要求有事件循环存在的Qt类（例如：QTimer、QTcpSocket、和QProcess）。它也使得连接一些线程的信号到一个特定线程的槽函数成为可能。这一点将会在下面的“跨线程的信号和槽”有详细介绍。

一个QObject实例被称为存活于它所被创建的线程中。关于这个对象的事件被分发到该线程的事件循环中。可以用QObject::thread()方法获取一个QObject所处的线程。

QObject::moveToThread()函数改变一个对象和它的孩子的线程所属性。（如果该对象有父亲的话，它不能被移动到其它线程中）。

从另一个线程（不是该QObject对象所属的线程）对该QObject对象调用delete方法是不安全的，除非你能保证该对象在那个时刻不处理事件，使用QObejct::deleteLater()更好。一个DeferredDelete类型的事件将被提交（posted），而该对象的线程的事件循环最终会处理这个事件。默认情况下，拥有一个QObject的线程就是创建QObject的那个线程，而不是QObject::moveToThread()被调用后的。

如果没有事件循环运行，事件将不会传递给对象。例如：你在一个线程中创建了一个QTimer对象，但从没有调用exec()，那么，QTimer就永远不会发射timeout()信号，即使调用deleteLater()也不行。（这些限制也同样适用于主线程）。

利用线程安全的方法QCoreApplication::postEvent()，你可以在任何时刻给任何线程中的任何对象发送事件，这些事件将自动被分发到该对象所被创建的线程事件循环中。

所有的线程都支持事件过滤器，而限制是监控对象必须和被监控对象存在于相同的线程中。类似的，QCoreApplication::sendEvent()（不同于postEvent()）只能将事件分发到和该函数调用者相同的线程中的对象。

从其它线程访问QObject子类

QObject及其所有子类都不是线程安全的。这包含了整个事件交付系统。重要的是，切记事件循环可能正在向你的QObject子类发送事件，当你从另一个线程访问该对象时。

如果你正在调用一个QObject子类的函数，而该子类对象并不存活于当前线程中，并且该对象是可以接收事件的，那么你必须用一个mutex保护对该QObject子类的内部数据的所有访问，否则，就有可能发生崩溃和非预期的行为。

同其它对象一样，QThread对象存活于该对象被创建的线程中 – 而并非是在QThread::run()被调用时所在的线程。一般来说，在QThread子类中提供槽函数是不安全的，除非用一个mutex保护成员变量。

另一方面，可以在QThread::run()的实现中安全地发射信号，因为信号发射是线程安全的。

跨线程的信号和槽

Qt支持如下的信号-槽连接类型：

• Auto Connection（默认）：如果信号在接收者所依附的线程内发射，则等同于Direct Connection。否则，等同于Queued Connection。

• Direct Connection：当信号发射后，槽函数立即被调用。槽函数在信号发射者所在的线程中执行，而未必需要在接收者的线程中。

• Queued Connection：当控制权回到接受者所在线程的事件循环时，槽函数被调用。槽函数在接收者的线程中执行。

• Blocking Queued Connection：槽函数的调用情形和Queued Connection相同，不同的是当前的线程会阻塞住，直到槽函数返回。
  
  注意：在同一个线程中使用这种类型进行连接会导致死锁。

• Unique Connection：行为与Auto Connection相同，但是连接只会在“不会与已存在的连接相同”时建立，也就是：如果相同的信号已经被连接到相同的槽函数，那么连接就不会被再次建立，并且connect()会返回false。

通过传递一个参数给connect()来指定连接类型。要知道，如果一个事件循环运行在接收者的线程中，而发送者和接收者位于不同的线程时，使用Direct Connection是不安全的。同样的原因，调用存活于另一个线程中的对象的任何函数都是不安全的。

QObject::connect()本身是线程安全的。

Mandelbrot Example使用了Queued Connection来连接一个worker线程和主线程。为了避免冻结主线程的事件循环（即避免因此而冻结了应用的UI），所有的曼德尔布罗特分形计算（Mandelbrot fractal computation）都是在一个单独的worker线程中完成的，线程结束一个计算时发射一个信号。

同样，Blocking Fortune Client Example使用了一个单独的线程来和TCP server进行异步通信。