【QT】多線程相關教程

一、核心概念與 Qt 線程模型

1.線程與進程的區別:
線程是程序執行的最小單元，進程是資源分配的最小單元，線程共享進程的內存空間(堆，全局變量等)，而進程擁有獨立的內存空間。Qt線程只要關注同一進程內的并發。

2.為什么使用多線程
當程序中有多個耗時的操作時候，為了提高性能，防止GUI線程阻塞，可以處理耗時操作

3.QThread 類的相關接口
start():啟動線程，調用run方法
run():線程的入口點，子類化 QThread 并重寫此方法是一種使用線程的方式（傳統方式）。線程在此函數中執行。
quit() / exit(int returnCode): 請求線程退出事件循環（如果正在運行）。
wait([unsigned long time = ULONG_MAX]): 阻塞調用線程，直到目標線程結束執行或超時。
isRunning() / isFinished(): 查詢線程狀態。
finished 信號：線程執行完畢（run() 返回）時發射。重要：連接此信號進行資源清理（如 deleteLater）。
started 信號：線程啟動后（run() 執行前）發射。

4.事件循環 (Event Loop)
核心概念：每個線程都可以擁有自己的事件循環（由 QEventLoop 管理）。主線程（GUI 線程）默認運行事件循環。
作用：處理事件（如定時器事件、網絡事件、投遞的事件、隊列連接的信號槽調用）。
QThread::exec(): 進入事件循環（在 run() 方法中調用）。
Worker 對象 + moveToThread + 事件循環模式：這是現代 Qt 多線程編程的主流模式。對象被移動到新線程后，它的槽函數將在新線程的事件循環中被調用。

6.信號與槽 (Signals & Slots) 的連接類型
Qt 的信號槽機制是線程安全的。
連接類型 (Connection Type) 決定槽函數在哪個線程執行：
Qt::AutoConnection (默認)：如果發送者和接收者在同一線程，行為同 DirectConnection；否則，行為同 QueuedConnection。
Qt::DirectConnection：槽函數在發送者所在線程中立即執行（就像直接函數調用）。
Qt::QueuedConnection：槽函數的調用被轉換為一個事件，放入接收者所在線程的事件隊列。接收者線程的事件循環稍后會從隊列中取出并執行該槽函數。這是跨線程通信最安全、最常用的方式！
Qt::BlockingQueuedConnection：類似 QueuedConnection，但發送者線程會阻塞，直到接收者線程的槽函數執行完畢。慎用！容易死鎖。確保接收者線程能及時處理事件。
Qt::UniqueConnection：可以與上述類型組合使用 (AutoConnection | UniqueConnection)，確保相同的信號和槽之間只有一個連接。

跨線程信號槽參數傳遞：參數類型必須是 Qt 元對象系統已知的類型（ 使用qRegisterMetaType() 注冊自定義類型）。對于 QueuedConnection 和 BlockingQueuedConnection，參數會被復制傳遞。

二、創建和管理線程

1.使用 QThread 的兩種主要模式：
使用 QThread 的兩種主要模式：
1.1 子類化 QThread (傳統方式)：
(1)繼承 QThread。
(2)重寫 run() 方法，將需要在線程中執行的代碼放入其中。
(3)創建子類實例，調用 start()。
局限： run() 是唯一入口，難以處理多個任務或利用事件循環。對象本身（this）仍留在原線程（通常是主線程）。
在QThread子類的構造函數中創建的對象，其線程親和性是創建該QThread對象的線程（通常是主線程），而不是新線程。這會導致在該對象上使用定時器、信號槽等出現問題。正確的方式是在run()函數中創建這些對象，這樣它們的線程親和性才是新線程。但這樣又使得對象創建在run()函數內部，難以從外部管理。線程結束時要清理run()中創建的對象，需要自己管理，容易出錯。

1.2 Worker 對象 + moveToThread (推薦方式)：
(1)創建一個普通的 QObject 子類（Worker 對象），它包含需要通過槽函數執行的任務。
(2)創建一個 QThread 實例。
(3)創建 Worker 對象實例（此時它在創建者線程，通常是主線程）。
(4)調用 workerObject->moveToThread(workerThread)。關鍵步驟！
(5)連接 Worker 對象的信號和槽（通常使用 QueuedConnection，但 AutoConnection 在 moveToThread 后通常也能正確處理）。
(6)啟動線程 workerThread->start()。這會啟動線程的事件循環。
(7)通過信號觸發 Worker 對象的槽函數執行任務。任務將在新線程中執行。
(8).請求線程退出：workerThread->quit() 或 workerThread->requestInterruption()（更安全）。
(9)連接 workerThread->finished() 信號到 workerThread->deleteLater() 和 workerObject->deleteLater() 進行自動清理。

//主線程中創建：QThread 實例和worker 對象
Worker* worker = new Worker(); 
QThread* thread = new QThread(this);
worker->moveToThread(thread );
//現在worker屬于新線程
thread->start(); // 內部調用exec()啟動事件循環
//通過信號槽提交任務
QObject::connect(this, &Controller::startTask, worker, &Worker::doWork);
// 線程結束時自動清理，不然手動在析構函數中delect worker也可以
connect(thread, &QThread::finished, worker, &QObject::deleteLater);
/*因為worker有指定父對象所有這兒不用刪除了
connect(thread, &QThread::finished, thread, &QObject::deleteLater); */// 在子線程執行耗時操作    
void Worker::doWork() {............
}

在這里插入圖片描述
關鍵原則：誰創建誰刪除，跨線程對象使用 deleteLater

在這里插入圖片描述

新舊方式的對比
在這里插入圖片描述

在 Worker 對象中不要做：
創建 QWidget 或其子類（GUI 對象必須在 GUI 線程創建）。
直接操作 GUI（通過信號通知 GUI 線程更新）。
優點：更符合 Qt 對象模型，可以利用事件循環處理多個任務（定時器、網絡等），更靈活，資源管理更清晰。

2.線程池 (QThreadPool 和 QtConcurrent)
QThreadPool：管理一組可重用的線程。用于執行 QRunnable 任務。
QRunnable: 定義需要執行的任務（重寫 run() 方法）。
QThreadPool::globalInstance(): 獲取全局線程池實例。
QThreadPool::start(QRunnable *task, int priority = 0): 提交任務到線程池。
優點：避免頻繁創建銷毀線程的開銷，控制最大并發數。

QtConcurrent 命名空間：提供高級 API 簡化并行計算，底層通常使用 QThreadPool。
run(Function function, …): 在單獨線程中運行函數。
map(), mapped(), filtered(), reduce() 等：對容器進行并行操作。
QFuture, QFutureWatcher: 用于監控異步計算的結果和狀態。
優點：代碼簡潔，易于使用，適合數據并行任務。