Потоки и QObjects

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

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

Взаимоповторность QObject

QObject является взаимоповторным. Большинство его подклассов, не относящихся к графическому интерфейсу, 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 в рамках одного потока; создание объекта в одном потоке и вызов его функций из другого потока не гарантирует работоспособности. Существует три ограничения, о которых следует помнить:

• Потомок QObject всегда должен создаваться в 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 (поскольку 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 механизм таймера и модуль сети. Например, вы не можете запустить таймер или подключить сокет в потоке, который не является потоком объекта поток объекта.
• Вы должны гарантировать, что все объекты, созданные в потоке, будут удалены до удаления QThread. Это можно легко сделать, создав объекты в стеке в 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 других потоках, кроме главного, легко обходится путем размещения длительных операций в отдельном потоке-рабочем, а результаты отображаются на экране в главном потоке по завершении работы потока-рабочего. Такой подход используется для реализации Примера Мандельброта и Примера клиентского приложения Fortune.

В целом, создание QObjects до создания QApplication не поддерживается и может привести к странным ошибкам при завершении работы в зависимости от платформы. Это означает, что статические экземпляры QObject также не поддерживаются. Правильно структурированное однопоточное или многопоточное приложение должно заставить QApplication быть первым созданным и последним уничтоженным QObject.

Очередь событий для каждого потока

Каждый поток может иметь свою собственную очередь событий. Начальный поток запускает свою очередь событий с помощью QCoreApplication::exec(), или для приложений графического интерфейса с единственным диалоговым окном иногда с помощью QDialog::exec(). Другие потоки могут запускать 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 неграфические классы Qt, которые требуют наличия очереди событий (такие как QTimer, QTcpSocket и QProcess). Это также позволяет подключать сигналы из любых потоков к слотам определенного потока. Это подробно объясняется 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 привязку потока для объекта и его потомков (объект не может быть перемещен, если у него есть родитель).

Вызов delete для QObject из потока, отличного от того, который «владеет» объектом (или доступ к объекту другими способами), небезопасен, если вы не гарантируете, что объект в данный момент не обрабатывает события. Вместо этого используйте QObject::deleteLater(), и будет опубликовано событие DeferredDelete, которое в конечном итоге получит очередь событий потока объекта. По умолчанию поток, который «владеет» QObject, — это поток, который создает QObject, но не после вызова QObject::moveToThread().

Если в потоке не работает очередь событий, события не будут доставлены объекту. Например, если вы создаете объект QTimer в потоке, но никогда не вызываете exec(), QTimer никогда не испустит свой сигнал timeout(). Вызов deleteLater() также не сработает. (Эти ограничения также относятся к главному потоку.)

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

Фильтры событий поддерживаются во всех потоках, с ограничением, что объект мониторинга должен находиться в том же потоке, что и контролируемый объект. Аналогично, QCoreApplication::sendEvent() (в отличие от postEvent()) может использоваться только для отправки событий объектам, находящимся 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 передавать события вашему подклассу QObject, пока вы обращаетесь к объекту из другого потока.

Если вы вызываете функцию подкласса QObject, который не находится в текущем потоке, и объект может получать события, вы должны защитить весь доступ к внутренним данным вашего подкласса QObject с помощью мьютекса; в противном случае вы можете столкнуться с ошибками или другими нежелательными действиями.

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

С другой стороны, вы можете безопасно испускать сигналы из реализации QThread::run(), потому что испускание сигналов является потокобезопасным.

Сигналы и слоты между потоками

Qt поддерживает следующие типы подключения сигналов-слотов:

• Автоматическое подключение (по умолчанию) Если сигнал испускается в потоке, к которому объект-получатель имеет привязку, поведение такое же, как при прямом подключении. В противном случае поведение такое же, как при подключении в очереди."
• Прямое подключение Слот вызывается немедленно при испускании сигнала. Слот выполняется в потоке отправителя, который необязательно является потоком получателя.
• Подключение в очереди Слот вызывается при возвращении управления к очереди событий потока получателя. Слот выполняется в потоке получателя.
• Блокирующее подключение в очереди Слот вызывается так же, как при подключении в очереди, за исключением того, что текущий поток блокируется до возврата слота.

  Примечание: Использование этого типа для подключения объектов в одном потоке приведет к тупиковой ситуации.

• Уникальное подключение Поведение такое же, как при автоматическом подключении, но подключение выполняется только в том случае, если оно не дублирует существующее подключение. Т. е., если один и тот же сигнал уже подключен к одному и тому же слоту для той же пары объектов, то подключение не выполняется, и connect() возвращает false.

Тип подключения можно указать, передав дополнительный аргумент в connect(). Имейте в виду, что использование прямых подключений, когда отправитель и получатель находятся в разных потоках, небезопасно, если в потоке получателя работает очередь событий, по той же причине, что и вызов любой функции для объекта, находящегося в другом потоке, небезопасен.

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

Пример Мандельброта использует подключение в очереди для связи между потоком-рабочим и главным потоком. Чтобы избежать зависания очереди событий главного потока (и, как следствие, пользовательского интерфейса приложения), все вычисления фрактала Мандельброта выполняются в отдельном потоке-рабочем. Поток отправляет сигнал, когда обработка фрактала завершена.

Аналогично, Пример клиентского приложения Fortune использует отдельный поток для асинхронного взаимодействия с TCP-сервером.