Qt 学习之路 2（71）：线程简介

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前面我们讨论了有关进程以及进程间通讯的相关问题，现在我们开始讨论线程。事实上，现代的程序中，使用线程的概率应该大于进程。特别是在多核时代，随着 CPU 主频的提升，受制于发热量的限制，CPU 散热问题已经进入瓶颈，另辟蹊径地提高程序运行效率就是使用线程，充分利用多核的优势。有关线程和进程的区别已经超出了本章的范畴，我们简单提一句，一个进程可以有一个或更多线程同时运行。线程可以看做是“轻量级进程”，进程完全由操作系统管理，线程即可以由操作系统管理，也可以由应用程序管理。

Qt 使用QThread 来管理线程。下面来看一个简单的例子：

///!!! Qt5
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    QWidget *widget = new QWidget(this);
    QVBoxLayout *layout = new QVBoxLayout;
    widget->setLayout(layout);
    QLCDNumber *lcdNumber = new QLCDNumber(this);
    layout->addWidget(lcdNumber);
    QPushButton *button = new QPushButton(tr("Start"), this);
    layout->addWidget(button);
    setCentralWidget(widget);

    QTimer *timer = new QTimer(this);
    connect(timer, &QTimer::timeout, [=]() {
        static int sec = 0;
        lcdNumber->display(QString::number(sec++));
    });

    WorkerThread *thread = new WorkerThread(this);
    connect(button, &QPushButton::clicked, [=]() {
        timer->start(1);
        for (int i = 0; i < 2000000000; i++);
        timer->stop();
    });
}

我们的主界面有一个用于显示时间的 LCD 数字面板还有一个用于启动任务的按钮。程序的目的是用户点击按钮，开始一个非常耗时的运算（程序中我们以一个 2000000000 次的循环来替代这个非常耗时的工作，在真实的程序中，这可能是一个网络访问，可能是需要复制一个很大的文件或者其它任务），同时 LCD 开始显示逝去的毫秒数。毫秒数通过一个计时器QTimer进行更新。计算完成后，计时器停止。这是一个很简单的应用，也看不出有任何问题。但是当我们开始运行程序时，问题就来了：点击按钮之后，程序界面直接停止响应，直到循环结束才开始重新更新。

有经验的开发者立即指出，这里需要使用线程。这是因为 Qt 中所有界面都是在 UI 线程中（也被称为主线程，就是执行了QApplication::exec()的线程），在这个线程中执行耗时的操作（比如那个循环），就会阻塞 UI 线程，从而让界面停止响应。界面停止响应，用户体验自然不好，不过更严重的是，有些窗口管理程序会检测到你的程序已经失去响应，可能会建议用户强制停止程序，这样一来你的程序可能就此终止，任务再也无法完成。所以，为了避免这一问题，我们要使用 QThread 开启一个新的线程：

///!!! Qt5
class WorkerThread : public QThread
{
    Q_OBJECT
public:
    WorkerThread(QObject *parent = 0)
        : QThread(parent)
    {
    }
protected:
    void run()
    {
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++);
        emit done();
    }
signals:
    void done();
};

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    QWidget *widget = new QWidget(this);
    QVBoxLayout *layout = new QVBoxLayout;
    widget->setLayout(layout);
    lcdNumber = new QLCDNumber(this);
    layout->addWidget(lcdNumber);
    QPushButton *button = new QPushButton(tr("Start"), this);
    layout->addWidget(button);
    setCentralWidget(widget);

    QTimer *timer = new QTimer(this);
    connect(timer, &QTimer::timeout, [=]() {
        static int sec = 0;
        lcdNumber->display(QString::number(sec++));
    });

    WorkerThread *thread = new WorkerThread(this);
    connect(thread, &WorkerThread::done, timer, &QTimer::stop);
    connect(thread, &WorkerThread::finished, thread, &WorkerThread::deleteLater);
    connect(button, &QPushButton::clicked, [=]() {
        timer->start(1);
        thread->start();
    });
}

注意，我们增加了一个WorkerThread类。WorkerThread继承自QThread类，重写了其run()函数。我们可以认为，run()函数就是新的线程需要执行的代码。在这里就是要执行这个循环，然后发出计算完成的信号。而在按钮点击的槽函数中，使用QThread::start()函数启动一个线程（注意，这里不是run()函数）。再次运行程序，你会发现现在界面已经不会被阻塞了。另外，我们将WorkerThread::deleteLater()函数与WorkerThread::finished()信号连接起来，当线程完成时，系统可以帮我们清除线程实例。这里的finished()信号是系统发出的，与我们自定义的done()信号无关。

这是 Qt 线程的最基本的使用方式之一（确切的说，这种使用已经不大推荐使用，不过因为看起来很清晰，而且简单使用起来也没有什么问题，所以还是有必要介绍）。代码看起来很简单，不过，如果你认为 Qt 的多线程编程也很简单，那就大错特错了。Qt 多线程的优势设计使得它使用起来变得容易，但是坑很多，稍不留神就会被绊住，尤其是涉及到与 QObject 交互的情况。稍懂多线程开发的童鞋都会知道，调试多线程开发简直就是煎熬。下面几章，我们会更详细介绍有关多线程编程的相关内容。