Технологии многопоточности в Qt

Qt предлагает множество классов и функций для работы с потоками. Ниже представлены четыре различных подхода, которые программисты Qt могут использовать для реализации многопоточных приложений.

QThread: API низкого уровня с необязательными циклами обработки событий

QThread является основой всего управления потоками в Qt. Каждый экземпляр QThread представляет и управляет одним потоком.

QThread может быть создан непосредственно или как подкласс. Создание QThread обеспечивает параллельный цикл обработки событий, позволяющий вызывать слоты QObject во вторичном потоке. Наследование от QThread позволяет приложению инициализировать новый поток перед запуском его цикла обработки событий или выполнять параллельный код без цикла обработки событий.

См. справочную информацию по классу QThread и примеры работы с потоками для демонстрации использования QThread.

QThreadPool и QRunnable: повторное использование потоков

Частое создание и уничтожение потоков может быть дорогостоящим. Чтобы уменьшить эти накладные расходы, существующие потоки могут быть повторно использованы для новых задач. QThreadPool представляет собой набор повторно используемых QThreads.

Для запуска кода в одном из потоков QThreadPool, переопределите QRunnable::run() и создайте подкласс QRunnable. Используйте QThreadPool::start() для помещения QRunnable в очередь выполнения QThreadPool. Когда поток становится доступным, код внутри QRunnable::run() будет выполняться в этом потоке.

Каждое приложение Qt имеет глобальный пул потоков, доступный через QThreadPool::globalInstance(). Этот глобальный пул потоков автоматически поддерживает оптимальное количество потоков, основываясь на количестве ядер процессора. Однако можно создать и явно управлять отдельным QThreadPool.

Qt Concurrent: использование API высокого уровня

Модуль Qt Concurrent предоставляет функции высокого уровня, которые обрабатывают некоторые распространенные паттерны параллельного вычисления: map, filter и reduce. В отличие от использования QThread и QRunnable, эти функции никогда не требуют использования примитивов потоков низкого уровня, таких как мьютексы или семафоры. Вместо этого они возвращают объект QFuture, который можно использовать для получения результатов функций, когда они будут готовы. QFuture также можно использовать для запроса хода вычисления и для приостановки/возобновления/отмены вычисления. Для удобства QFutureWatcher позволяет взаимодействовать с QFuture через сигналы и слоты.

Алгоритмы map, filter и reduce Qt Concurrent автоматически распределяют вычисления по всем доступным ядрам процессора, поэтому приложения, написанные сегодня, будут продолжать масштабироваться при развертывании на системах с большим количеством ядер.

Этот модуль также предоставляет функцию QtConcurrent::run(), которая может запускать любую функцию в другом потоке. Однако QtConcurrent::run() поддерживает только подмножество функций, доступных для map, filter и reduce. QFuture можно использовать для получения возвращаемого значения функции и проверки, запущен ли поток. Однако вызов QtConcurrent::run() использует только один поток, не может быть приостановлен/возобновлен/отменён и не может быть запрошен для отслеживания прогресса.

См. документацию модуля Qt Concurrent для получения подробной информации об отдельных функциях.

WorkerScript: многопоточность в QML

Тип QML WorkerScript позволяет коду JavaScript работать параллельно с потоком GUI.

Каждый экземпляр WorkerScript может иметь один .js скрипт, прикрепленный к нему. При вызове WorkerScript::sendMessage(), скрипт будет выполняться в отдельном потоке (и в отдельном QML контексте). Когда скрипт завершает выполнение, он может отправить ответ обратно в поток GUI, который вызовет обработчик сигнала WorkerScript::onMessage().

Использование WorkerScript аналогично использованию рабочего QObject, который был перемещен в другой поток. Данные передаются между потоками через сигналы.

См. документацию WorkerScript для получения подробной информации о реализации скрипта и списка типов данных, которые можно передавать между потоками.

Выбор подходящего подхода

Как показано выше, Qt предоставляет различные решения для разработки многопоточных приложений. Правильное решение для данного приложения зависит от цели нового потока и времени жизни потока. Ниже представлено сравнение технологий многопоточности Qt, а также рекомендуемые решения для некоторых примеров использования.

Сравнение решений

Примеры использования