Жасмин Бланшет - QT 4: программирование GUI на С++

Рис. 18.1. Приложение Threads.

Теперь мы рассмотрим способы применения класса Thread в небольшом приложении Qt, которое применяет два потока, А и В, не считая главный поток.

01 class ThreadDialog : public QDialog

02 {

03 Q_OBJECT

04 public:

05 ThreadDialog(QWidget *parent = 0);

06 protected:

07 void closeEvent(QCloseEvent *event);

08 private slots:

09 void startOrStopThreadA();

10 void startOrStopThreadB();

11 private:

12 Thread threadA;

13 Thread threadB;

14 QPushButton *threadAButton;

15 QPushButton *threadBButton;

16 QPushButton *quitButton;

17 };

В классе ThreadDialog объявляются две переменные типа Thread и несколько кнопок для обеспечения основных средств интерфейса пользователя.

01 ThreadDialog::ThreadDialog(QWidget *parent)

02 : QDialog(parent)

03 {

04 threadA.setMessage("А");

05 threadB.setMessage("B");

06 threadAButton = new QPushButton(tr("Start А"));

07 threadBButton = new QPushButton(tr("Start В"));

08 quitButton = new QPushButton(tr("Quit"));

09 quitButton->setDefault(true);

10 connect(threadAButton, SIGNAL(clicked()),

11 this, SLOT(startOrStopThreadA()));

12 connect(threadBButton, SIGNAL(clicked()),

13 this, SLOT(startOrStopThreadB()));

14 …

15 }

В конструкторе мы вызываем функцию setMessage() для периодического вывода на экран первым потоком буквы «А» и вторым потоком буквы «В».

01 void ThreadDialog::startOrStopThreadA()

02 {

03 if (threadA.isRunning()) {

04 threadA.stop();

05 threadAButton->setText(tr("Start А"));

06 } else {

07 threadA.start();

08 threadAButton->setText(tr("Stop А"));

09 }

10 }

Когда пользователь нажимает кнопку потока А, функция startOrStopThreadA() останавливает поток, если он выполняется, и запускает его в противном случае. Она также обновляет текст кнопки.

01 void ThreadDialog::startOrStopThreadB()

02 {

03 if (threadB.isRunning()) {

04 threadB.stop();

05 threadBButton->setText(tr("Start В"));

06 } else {

07 threadB.start();

08 threadBButton->setText(tr("Stop В"));

09 }

10 }

Программный код функции startOrStopThreadB() очень похож.

01 void ThreadDialog::closeEvent(QCloseEvent *event)

02 {

03 threadA.stop();

04 threadB.stop();

05 threadA.wait();

06 threadB.wait();

07 event->accept();

08 }

Если пользователь выбирает пункт меню Quit или закрывает окно, мы даем команду останова для каждого выполняющегося потока и ожидаем их завершения (используя функцию QThread::wait()) прежде, чем сделать вызов CloseEvent::accept(). Это обеспечивает аккуратный выход из приложения, хотя в данном случае это не имеет значения.

Если при выполнении приложения вы нажмете кнопку Start А, консоль заполнится буквами «А». Если вы нажмете кнопку Start В, консоль заполнится попеременно последовательностями букв «А» и «В». Нажмите кнопку Stop А, и тогда на экран будет выводиться только последовательность букв «В».

Обычным требованием для многопоточных приложений является синхронизация работы нескольких потоков. Для этого в Qt предусмотрены следующие классы: QMutex, QReadWriteLock, QSemaphore и QWaitCondition.

Класс QMutex обеспечивает такую защиту переменной или участка программного кода, что доступ к ним в каждый момент времени может осуществлять только один поток. Этот класс содержит функцию lock(), которая закрывает мьютекс (mutex). Если мьютекс открыт, текущий поток захватывает его и немедленно закрывает; в противном случае работа текущего потока блокируется до тех пор, пока захвативший мьютекс поток не освободит его. В любом случае после вызова lock() текущий поток будет держать мьютекс до вызова им функции unlock(). Класс QMutex содержит также функцию tryLock(), которая сразу же возвращает управление, если мьютекс уже закрыт.

Предположим, что нам нужно обеспечить защиту переменной stopped класса Thread из предыдущего раздела с помощью QMutex. Тогда мы бы добавили к классу Thread следующую переменную—член:

private:

QMutex mutex;

…

};

Функция run() изменилась бы следующим образом:

01 void Thread::run()

02 {

03 forever {

04 mutex.lock();

05 if (stopped) {

06 stopped = false;

07 mutex.unlock();

08 break;

09 }

10 mutex.unlock();

11 cerr << qPrintable(messageStr.ascii);

12 }

13 cerr << endl;

14 }

Функция stop() стала бы такой:

01 void Thread::stop()

02 {

03 mutex.lock();

04 stopped = true;

05 mutex.unlock();

06 }

Блокировка и разблокировка мьютекса в сложных функциях или там, где обрабатываются исключения С++, может иметь ошибки. Qt предлагает удобный класс QMutexLocker, упрощающий обработку мьютексов. Конструктор QMutexLocker принимает в качестве аргумента объект QMutex и блокирует его. Деструктор QMutexLocker разблокирует мьютекс. Например, мы могли бы приведенные выше функции run() и stop() переписать следующим образом:

01 void Thread::run()

02 {

03 forever {

04 {

05 QMutexLocker locker(&mutex);

06 if (stopped) {

07 stopped = false;

08 break;

09 }

10 }

11 cerr << qPrintable(messageStr);

12 }

13 cerr << endl;

14 }

15 void Thread::stop()

16 {

17 QMutexLocker locker(&mutex);

18 stopped = true;

18 }

Одна из проблем применения мьютексов возникает из-за доступности переменной только для одного потока. В программах со многими потоками, пытающимися одновременно читать одну и ту же переменную (не модифицируя ее), мьютекс может серьезно снижать производительность. В этих случаях мы можем использовать QReadWriteLock — класс синхронизации, допускающий одновременный доступ для чтения без снижения производительности.

В классе Thread не имеет смысла заменять мьютекс QMutex блокировкой QReadWriteLock для защиты переменной stopped, потому что в лучшем случае только один поток может пытаться читать эту переменную в любой момент времени. Более подходящий пример мог бы состоять из одного или нескольких считывающих потоков, получающих доступ к некоторым совместно используемым данным, и одного или нескольких записывающих потоков, модифицирующих данные. Например:

01 MyData data;

02 QReadWriteLock lock;

03 void ReaderThread::run()

04 {

05 …

06 lock.lockForRead();

07 access_data_without_modifying_it(&data);

08 lock.unlock();

09 …

10 }

11 void WriterThread::run()

12 {

13 …

14 lock.lockForWrite();

15 modify_data(&data);

16 lock.unlock();

17 …

18 }

Ради удобства мы можем использовать классы QReadLocker и QWriteLocker для блокировки и разблокировки объекта QReadWriteLock.