在多線程編程中，線程間的同步是一個核心問題。在處理線程等待時，經常會寫出高CPU占用率的代碼，其中最典型的就是使用忙等待（busy waiting）。本文將詳細介紹如何使用Qt框

架中的QWaitCondition類來優雅地解決這一問題，有效降低CPU占用率。

一、占用率高分析

如上圖，這種常見寫法確實會導致 CPU 常駐一定百分比左右，原因是：

1. 線程永遠不會退出??while(true) 保持運行，即使沒有任務也會醒來一次；

2. msleep(500) 只是讓線程休眠 500ms?休眠期間 CPU 占用是 0，但醒來后要判斷條件、調用函數 → 系統監視器會統計為少量 CPU 占用，就算循環里幾乎什么都不做，CPU 也要處理線程切換；

總結，采用msleep其是一種實時性 和 CPU 占用 的權衡，msleep 越短線程被喚醒得越頻繁，響應快，CPU 占用越高（比如 msleep(1) 就幾乎是“忙等”，會吃掉比較多 CPU）。而 msleep 越長 CPU 占用低，但可能延遲處理任務（比如 500ms 意味著最壞情況延遲半秒）。這種寫法的問題顯而易見：

• CPU持續進行無效的檢查循環
• 即使使用msleep，仍然會產生不必要的上下文切換
• 響應延遲不可控
• 資源浪費不可避免

二、QWaitCondition：優雅的解決方案

QWaitCondition是Qt提供的條件變量實現，它允許線程在特定條件滿足之前進入休眠狀態，從而避免忙等待。

2.1、基本工作原理

QWaitCondition的核心機制：

1. wait() - 線程釋放互斥鎖并進入休眠狀態
2. wakeOne()/wakeAll() - 喚醒一個或所有等待的線程
3. 被喚醒的線程重新獲取互斥鎖并繼續執行

2.2、wakeOne喚醒一個

下方演示一個最小可運行的 Qt C++ QWaitCondition 生產者–消費者 Demo。
這個程序有兩個線程：

• Producer：每隔一秒產生一個任務。

• Consumer：只有收到任務才會被喚醒并處理，空閑時 CPU 完全是 0%

#include <QCoreApplication>
#include <QThread>
#include <QMutex>
#include <QWaitCondition>
#include <QQueue>
#include <QDebug>// 全局隊列 & 條件變量
QMutex mutex;
QWaitCondition cond;
QQueue<int> queue;// 消費者線程
class Consumer : public QThread {
protected:void run() override {while (true) {mutex.lock();// 如果隊列為空，就等待while (queue.isEmpty()) {cond.wait(&mutex); // 會自動解鎖并掛起，直到被喚醒}int task = queue.dequeue();mutex.unlock();qDebug() << "Consumer: processing task" << task;QThread::msleep(200); // 模擬耗時任務}}
};// 生產者線程
class Producer : public QThread {
protected:void run() override {int counter = 0;while (true) {QThread::sleep(1); // 每秒生產一個任務mutex.lock();queue.enqueue(++counter);qDebug() << "Producer: produced task" << counter;cond.wakeOne(); // 喚醒一個等待的消費者mutex.unlock();}}
};int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);Consumer consumer;Producer producer;consumer.start();producer.start();return a.exec();
}

Producer: produced task 1
Consumer: processing task 1
Producer: produced task 2
Consumer: processing task 2
...

此時觀察任務管理器 / top，可以看到 CPU 占用在 沒有任務時幾乎 0%，有任務時才會短暫占用

2.3、wakeAll喚醒所有

下面創建 3 個消費者線程，同時等待任務隊列里的數據，同時用 QMutexLocker 可以避免忘記 unlock() 導致死鎖；

#include <QCoreApplication>
#include <QThread>
#include <QMutex>
#include <QWaitCondition>
#include <QQueue>
#include <QDebug>// 全局任務隊列 & 條件變量
QMutex mutex;
QWaitCondition cond;
QQueue<int> queue;// 消費者線程
class Consumer : public QThread {
public:Consumer(int id) : m_id(id) {}protected:void run() override {while (true) {QMutexLocker locker(&mutex);// 如果隊列為空，就等待while (queue.isEmpty()) {cond.wait(&mutex);  // 注意：這里必須傳裸 QMutex 指針}int task = queue.dequeue();locker.unlock();  // 手動提前解鎖，讓其他線程能進入qDebug() << "Consumer" << m_id << "processing task" << task;QThread::msleep(300); // 模擬耗時任務}}private:int m_id;
};// 生產者線程
class Producer : public QThread {
protected:void run() override {int counter = 0;while (true) {QThread::sleep(1); // 每秒生產一個任務{QMutexLocker locker(&mutex);queue.enqueue(++counter);qDebug() << "Producer produced task" << counter;//cond.wakeOne(); // 喚醒一個等待的消費者cond.wakeAll();//所有消費者都被喚醒} // locker 作用域結束時自動解鎖}}
};int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);// 啟動 3 個消費者線程Consumer c1(1), c2(2), c3(3);Producer producer;c1.start();c2.start();c3.start();producer.start();return a.exec();
}

• cond.wakeOne() → 每次只喚醒 一個等待的消費者（其他仍然掛起）。

• cond.wakeAll() → 會喚醒 所有等待的消費者（此時誰先拿到鎖，誰先消費）

QMutexLocker locker(&mutex); → 構造時自動加鎖，析構時自動解鎖。

cond.wait() 推薦傳裸 QMutex*，不要傳 QMutexLocker；

在消費者里?locker.unlock() 提前解鎖，避免持鎖期間去做耗時任務（否則會阻塞其他線程取任務）；

cond.wait(&mutex, 3000); // 也可以設置3秒超時防止死鎖

三、總結

QWaitCondition是Qt中處理線程同步的強大工具，它通過避免忙等待顯著降低了CPU占用率。關鍵要點：

1. 使用條件變量替代忙等待循環
2. 結合互斥鎖確保線程安全
3. 合理使用超時機制避免無限阻塞
4. 選擇適當的喚醒策略優化性能

通過正確使用QWaitCondition，可以構建出既高效又穩定的多線程應用程序，在保證功能正確性的同時最小化系統資源消耗，高質量的多線程代碼不僅要功能正確，還要在性能和資源使用上做到優雅高效，QWaitCondition正是達到這一目標的利器。