在多線程編程中，多個線程同時訪問共享資源時，可能會出現數據不一致或者錯誤的情況。這時，我們需要線程同步機制來保證程序的正確性。Qt 提供了多種線程同步方式，每種方式適用于不同的場景。

---

1. 互斥鎖（QMutex）

QMutex 是最常用的線程同步機制之一，它用于保護共享資源，確保同一時刻只有一個線程可以訪問資源。互斥鎖（Mutex）也叫排他鎖，是一種獨占的鎖。

代碼示例：

#include <QMutex>
#include <QThread>
#include <QDebug>QMutex mutex;  // 聲明一個互斥鎖
int sharedData = 0;  // 共享數據// 安全地遞增共享數據
void safeIncrement() {mutex.lock();  // 加鎖，確保只有一個線程能訪問共享數據sharedData++;  // 對共享數據進行操作mutex.unlock();  // 解鎖，允許其他線程訪問
}class MyThread : public QThread {
public:void run() override {for (int i = 0; i < 1000; ++i) {safeIncrement();  // 調用安全遞增函數}}
};int main() {MyThread thread1, thread2;  // 創建兩個線程thread1.start();  // 啟動線程1thread2.start();  // 啟動線程2thread1.wait();  // 等待線程1結束thread2.wait();  // 等待線程2結束qDebug() << "最終共享數據的值：" << sharedData;  // 輸出共享數據的最終值
}

注釋：

• 在多線程環境下，sharedData 是多個線程共享的資源。我們通過 QMutex 進行加鎖和解鎖操作，確保同一時刻只有一個線程可以訪問和修改 sharedData。

---

2. 讀寫鎖（QReadWriteLock）

QReadWriteLock 是一種更細粒度的鎖機制。它允許多個線程同時讀取數據，但在寫數據時，必須獨占鎖。這樣，在讀取時多個線程可以并發執行，但寫入時會阻塞其他線程的讀取和寫入。

代碼示例：

#include <QReadWriteLock>
#include <QThread>
#include <QDebug>QReadWriteLock lock;  // 聲明讀寫鎖
int sharedData = 0;  // 共享數據// 讀取共享數據
void readData() {lock.lockForRead();  // 加讀鎖，允許多個線程并發讀取qDebug() << "讀取共享數據：" << sharedData;lock.unlock();  // 解鎖
}// 寫入共享數據
void writeData(int value) {lock.lockForWrite();  // 加寫鎖，獨占鎖sharedData = value;qDebug() << "寫入共享數據：" << sharedData;lock.unlock();  // 解鎖
}class MyThread : public QThread {
public:void run() override {for (int i = 0; i < 5; ++i) {readData();  // 讀取共享數據writeData(i);  // 寫入共享數據}}
};int main() {MyThread thread1, thread2;  // 創建兩個線程thread1.start();  // 啟動線程1thread2.start();  // 啟動線程2thread1.wait();  // 等待線程1結束thread2.wait();  // 等待線程2結束
}

注釋：

• QReadWriteLock 的好處是允許多個線程同時讀取數據，但寫操作時會阻塞其他線程的讀取和寫入。適合數據不經常改變但需要頻繁讀取的場景。

---

3. 事件和信號槽機制（QEvent, QSignalEmitter）

Qt 的信號和槽機制是非常強大的一種線程間通信方式。它通過事件機制，讓一個線程發出信號，另一個線程接收并響應這個信號，避免了顯式的鎖操作。信號槽機制通過 Qt 自己的事件循環來實現線程安全的通信。

代碼示例：

worker.h — Worker 類定義

#ifndef WORKER_H
#define WORKER_H#include <QObject>
#include <QThread>
#include <QDebug>class Worker : public QObject {Q_OBJECT
public:explicit Worker(QObject *parent = nullptr) : QObject(parent) {}void doWork() {qDebug() << "工作線程中執行：" << QThread::currentThread();}
};#endif // WORKER_H

#### **`workerthread.h` — WorkerThread 類定義**```cpp
#ifndef WORKERTHREAD_H
#define WORKERTHREAD_H#include <QThread>
#include <QObject>
#include "worker.h"class WorkerThread : public QThread {Q_OBJECT
public:explicit WorkerThread(Worker *worker, QObject *parent = nullptr) : QThread(parent), m_worker(worker) {}protected:void run() override {emit workSignal();}signals:void workSignal();private:Worker *m_worker;
};#endif // WORKERTHREAD_H

main.cpp — 主函數

#include <QCoreApplication>
#include <QThread>
#include <QDebug>
#include "worker.h"
#include "workerthread.h"int main(int argc, char *argv[])
{QCoreApplication a(argc, argv);Worker worker;  // 創建工作對象WorkerThread thread(&worker);  // 創建工作線程// 連接信號和槽QObject::connect(&thread, &WorkerThread::workSignal, &worker, &Worker::doWork);thread.start();  // 啟動線程thread.wait();   // 等待線程結束return a.exec();
}

---

4. 條件變量（QWaitCondition）

QWaitCondition 允許線程在等待某個條件滿足時釋放鎖，并在條件滿足時喚醒其他線程。通常與 QMutex 一起使用，用于在多線程間傳遞信號和等待條件。

代碼示例：

#include <QWaitCondition>
#include <QMutex>
#include <QThread>
#include <QDebug>QMutex mutex;  // 聲明一個互斥鎖
QWaitCondition condition;  // 聲明一個條件變量
bool ready = false;  // 共享條件變量// 等待條件
void waitForCondition() {mutex.lock();while (!ready) {  // 如果條件不滿足，線程會阻塞condition.wait(&mutex);  // 等待}qDebug() << "條件滿足，線程繼續執行！";mutex.unlock();
}// 通知條件滿足
void notifyCondition() {mutex.lock();ready = true;  // 改變條件狀態condition.wakeOne();  // 喚醒一個等待的線程mutex.unlock();
}int main() {QThread* thread1 = new QThread();QThread* thread2 = new QThread();QObject::connect(thread1, &QThread::started, waitForCondition);  // 連接信號和槽QObject::connect(thread2, &QThread::started, notifyCondition);  // 連接信號和槽thread1->start();  // 啟動線程1thread2->start();  // 啟動線程2thread1->wait();  // 等待線程1結束thread2->wait();  // 等待線程2結束
}

注釋：

• QWaitCondition 適用于需要線程等待某個條件滿足后再繼續執行的情況。thread1 會等待 ready 變量為真，然后繼續執行，而 thread2 會改變條件并喚醒 thread1。

---

5. 原子操作（QAtomicInt 和 QAtomicPointer）

QAtomicInt 和 QAtomicPointer 提供了線程安全的原子操作，不需要加鎖即可安全地操作共享變量。適用于計數器等簡單的數值操作。

代碼示例：

#include <QAtomicInt>
#include <QThread>
#include <QDebug>QAtomicInt counter(0);  // 聲明原子計數器// 原子遞增計數器
void incrementCounter() {counter.fetchAndAddOrdered(1);  // 原子遞增操作
}class MyThread : public QThread {
public:void run() override {for (int i = 0; i < 1000; ++i) {incrementCounter();  // 調用原子遞增}}
};int main() {MyThread thread1, thread2;  // 創建兩個線程thread1.start();  // 啟動線程1thread2.start();  // 啟動線程2thread1.wait();  // 等待線程1結束thread2.wait();  // 等待線程2結束qDebug() << "最終計數器的值：" << counter;  // 輸出計數器的最終值
}

注釋：

• QAtomicInt 允許我們進行線程安全的計數操作，無需加鎖，適用于高效的原子操作。

---

線程同步方法對比

同步方法	優點	缺點	最適用場景
QMutex	簡單、直觀，適合保護共享資源	每次訪問資源都需要加鎖，可能會影響性能	需要保證共享資源被多個線程安全訪問的場景
QReadWriteLock	允許多個線程并發讀取，適用于讀多寫少的情況	寫入時需要獨占鎖，可能會導致讀取阻塞	數據經常被讀取，但更新不頻繁的場景
信號與槽	實現跨線程通信，不需要顯式的鎖	適用于信號發出的線程和接收的線程需要有明確的關聯	需要線程間通信，且希望簡化鎖操作的場景
QWaitCondition	允許線程等待條件滿足時阻塞和喚醒其他線程	比較適合于等待某個條件的場景，使用復雜	線程需要等待特定條件發生的場景
原子操作	高效、簡單，避免了使用鎖的復雜性	只適用于簡單的數值或指針操作	高性能計數器、指針操作等簡單數值操作的場景