Потоки и QObjects

QThread наследует QObject. Он излучает сигналы, чтобы указать, что поток начал или закончил выполнение, а также предоставляет несколько слотов.

Более интересно, что QObject могут использоваться в нескольких потоках, излучать сигналы, вызывающие слоты в других потоках, и публиковать события объектам, «живущим» в других потоках. Это возможно, потому что каждый поток может иметь свою собственную очередь событий.

Взаимоповторность QObject

QObject является взаимоповторным. Большинство его подклассов, не связанных с графическим интерфейсом, таких как QTimer, QTcpSocket, QUdpSocket и QProcess, также являются взаимоповторными, что позволяет использовать эти классы одновременно из нескольких потоков. Обратите внимание, что эти классы предназначены для создания и использования внутри одного потока; создание объекта в одном потоке и вызов его функций из другого потока не гарантируется. Есть три ограничения, которые следует учитывать:

• Потомок QObject всегда должен создаваться в том потоке, где был создан родитель. Это подразумевает, среди прочего, что вы никогда не должны передавать объект QThread (this) в качестве родителя объекта, созданного в потоке (так как сам объект QThread был создан в другом потоке).
• Объекты, управляемые событиями, могут использоваться только в одном потоке. В частности, это относится к механизму таймера и модулю сети timer mechanism и network module. Например, вы не можете запустить таймер или подключить сокет в потоке, который не является потоком объекта object's thread.
• Вы должны убедиться, что все объекты, созданные в потоке, удалены перед удалением QThread. Это можно легко сделать, создав объекты в стеке в вашей реализации run().

Хотя QObject является взаимоповторным, классы графического интерфейса, в частности QWidget и все его подклассы, не являются взаимоповторными. Они могут использоваться только из главного потока. Как отмечалось ранее, QCoreApplication::exec() также должен вызываться из этого потока.

На практике невозможность использования классов графического интерфейса в потоках, отличных от главного, легко обойти, поместив трудоемкие операции в отдельный рабочий поток и отобразив результаты на экране в главном потоке, когда рабочий поток завершит работу. Такой подход используется для реализации Примера фрактала Мандельброта и Примера блокирующего клиента Fortune.

Как правило, создание QObjects до QApplication не поддерживается и может привести к странным аварийным завершениям в зависимости от платформы. Это означает, что статические экземпляры QObject также не поддерживаются. Правильно структурированное одно- или многопоточное приложение должно сделать QApplication первым созданным и последним уничтоженным QObject.

Очередь событий в потоке

Каждый поток может иметь свою собственную очередь событий. Начальный поток запускает свою очередь событий с помощью QCoreApplication::exec(), или для приложений GUI с единственным диалоговым окном иногда QDialog::exec(). Другие потоки могут запустить очередь событий с помощью QThread::exec(). Как и QCoreApplication, QThread предоставляет функцию exit(int) и слот quit().

Очередь событий в потоке позволяет потоку использовать определенные классы Qt, не относящиеся к графическому интерфейсу, которые требуют наличия очереди событий (например, QTimer, QTcpSocket и QProcess). Это также позволяет подключать сигналы из любых потоков к слотам определенного потока. Это подробно описано в разделе «Сигналы и слоты между потоками» ниже.

Экземпляр QObject считается «живущим» в том потоке, в котором он был создан. События для этого объекта обрабатываются очередью событий этого потока. Поток, в котором «живет» QObject, доступен с помощью QObject::thread().

Функция QObject::moveToThread() изменяет аффинити потока для объекта и его потомков (объект не может быть перемещен, если у него есть родитель).

Вызов delete на QObject из потока, отличного от того, который «владеет» объектом (или доступ к объекту другими способами), небезопасен, если вы не гарантируете, что объект не обрабатывает события в этот момент. Используйте QObject::deleteLater() вместо этого, и событие DeferredDelete будет опубликовано, которое в конечном итоге будет обработано очередью событий потока объекта. По умолчанию поток, который «владеет» QObject, является потоком, который «создает» QObject, но не после вызова QObject::moveToThread().

Если очередь событий не запущена, события не будут доставлены объекту. Например, если вы создадите объект QTimer в потоке, но никогда не вызовете exec(), QTimer никогда не будет излучать свой сигнал timeout(). Вызов deleteLater() также не сработает. (Эти ограничения применяются и к главному потоку.)

Вы можете вручную публиковать события любому объекту в любом потоке в любое время, используя безопасную для потоков функцию QCoreApplication::postEvent(). События автоматически будут обрабатываться очередью событий потока, в котором был создан объект.

Фильтры событий поддерживаются во всех потоках, с ограничением, что отслеживающий объект должен «жить» в том же потоке, что и отслеживаемый объект. Аналогично, QCoreApplication::sendEvent() (в отличие от postEvent()) может использоваться только для отправки событий объектам, «живущим» в потоке, из которого вызывается функция.

Доступ к подклассам QObject из других потоков

QObject и все его подклассы не являются потокобезопасными. Это включает всю систему доставки событий. Важно помнить, что очередь событий может доставлять события вашему подклассу QObject, пока вы получаете доступ к объекту из другого потока.

Если вы вызываете функцию в подклассе QObject, который не «живет» в текущем потоке, и объект может получать события, вы должны защищать все доступ к внутренним данным вашего подкласса QObject с помощью мьютекса; в противном случае могут возникнуть сбои или другое нежелательное поведение.

Как и другие объекты, объекты QThread «живут» в потоке, где был создан объект, — а не в потоке, который создается при вызове QThread::run(). Обычно небезопасно предоставлять слоты в вашем подклассе QThread, если вы не защищаете члены данных с помощью мьютекса.

С другой стороны, вы можете безопасно излучать сигналы в вашей реализации QThread::run(), поскольку излучение сигналов является потокобезопасным.

Сигналы и слоты между потоками

Qt поддерживает следующие типы соединений «сигнал-слот»:

• Автоматическое соединение (по умолчанию) Если сигнал излучается в том потоке, к которому объект-получатель имеет аффинити, поведение такое же, как у прямого соединения. В противном случае поведение такое же, как у очереди соединения.
• Прямое соединение Слот вызывается немедленно при излучении сигнала. Слот выполняется в потоке отправителя, который необязательно является потоком получателя.
• Очередное соединение Слот вызывается при возвращении управления к очереди событий потока получателя. Слот выполняется в потоке получателя.
• Блокирующее очередное соединение Слот вызывается так же, как и для очередного соединения, за исключением того, что текущий поток блокируется до возврата слота.

  Примечание: Использование этого типа для подключения объектов в том же потоке приведет к тупику.

• Уникальное соединение Поведение такое же, как у автоматического соединения, но соединение создается только в том случае, если оно не дублирует существующее соединение. Т.е., если тот же сигнал уже подключен к тому же слоту для той же пары объектов, то соединение не создается, и connect() возвращает false.

Тип соединения можно указать, передав дополнительный аргумент в connect(). Имейте в виду, что использование прямых соединений, когда отправитель и получатель «живут» в разных потоках, небезопасно, если в потоке получателя запущена очередь событий по той же причине, что и вызов любой функции объекта, «живущего» в другом потоке, небезопасен.

QObject::connect() сам по себе является потокобезопасным.

Пример фрактала Мандельброта использует очередное соединение для связи между рабочим потоком и главным потоком. Чтобы избежать зависания очереди событий главного потока (и, как следствие, пользовательского интерфейса приложения), все вычисления фрактала Мандельброта выполняются в отдельном рабочем потоке. Поток излучает сигнал, когда он закончил рендеринг фрактала.

Аналогично, Пример блокирующего клиента Fortune использует отдельный поток для асинхронной связи с TCP-сервером.