Потоки и QObjects

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

Более интересно то, что QObject могут использоваться в нескольких потоках, излучать 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.

Взаимовложенность QObject

QObject является реентерабельным. Большинство его подклассов, не связанных с графическим интерфейсом, таких как QTimer, QTcpSocket, QUdpSocket и QProcess, также являются реентерабельными, что позволяет использовать эти классы одновременно из нескольких потоков. Обратите внимание, что эти классы предназначены для создания и использования в пределах одного потока; создание объекта в одном потоке и вызов его функций из другого потока не гарантируется.

• 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 (поскольку сам объект QThread был создан в другом потоке).
• Объекты, управляемые событиями, могут использоваться только в одном потоке. В частности, это относится к механизму таймеров и модулю сети timers и модулю сети. Например, вы не можете запустить таймер или подключить сокет в потоке, который не является потоком объекта объекта.
• Вы должны гарантировать, что все объекты, созданные в потоке, будут удалены перед удалением QThread. Это можно легко сделать, создав объекты в стеке в реализации метода run().

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

На практике невозможность использования классов графического интерфейса в потоках, отличных от основного, легко обходится путем размещения длительных операций в отдельном рабочем потоке и отображения результатов на экране в основном потоке после завершения работы рабочего потока. Такой подход используется для реализации примера Mandelbrot и примера Blocking Fortune Client.

В общем случае создание QObjects до QApplication не поддерживается и может привести к странным ошибкам при выходе, в зависимости от платформы. Это означает, что статические экземпляры QObject также не поддерживаются. Правильно структурированное однопоточное или многопоточное приложение должно делать QApplication первым созданным и последним удаленным 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 с графическим интерфейсом, иногда с 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 связанные с графическим интерфейсом, которые требуют наличия очереди событий (например, QTimer, QTcpSocket и QProcess). Это также позволяет подключать сигналы из любых потоков к слотам определенного потока. Это более 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 привязку потока для объекта и его потомков (объект нельзя перемещать, 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 не обрабатывает события в этот момент. Вместо этого используйте QObject::deleteLater(), и событие DeferredDelete будет опубликовано, которое в конечном итоге будет получено очередью событий потока объекта. По умолчанию поток, «владеющий» 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 создадите объект QTimer в потоке, но никогда не вызовете exec(), QTimer никогда не излучит 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 с помощью безопасной для потоков функции QCoreApplication::postEvent(). События автоматически будут обработаны очередью событий потока, в котором был создан объект.

Фильтры событий поддерживаются во всех потоках, с ограничением, что объект мониторинга должен жить в том же потоке, что и контролируемый 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 отправлять события вашему подклассу QObject, пока вы обращаетесь к объекту из другого потока.

Если вы вызываете функцию подкласса QObject, который не живёт 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 могут возникнуть сбои или другое нежелательное поведение.

Как и другие объекты, объекты QThread живут в том 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 переменные-члены с помощью мьютекса.

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

Сигналы и слоты между потоками

Qt поддерживает следующие типы соединения сигналов-слотов:

• Автоматическое подключение (по умолчанию) Если сигнал излучается в потоке, в котором находится объект-получатель, поведение такое же, как при прямом подключении. В противном случае поведение такое же, как при подключении в очереди.
• Прямое подключение Слот вызывается немедленно при излучении сигнала. Слот выполняется в потоке излучателя, который необязательно совпадает с потоком получателя.
• Подключение в очереди Слот вызывается, когда управление возвращается в очередь событий потока получателя. Слот выполняется в потоке получателя.
• Блокирующее подключение в очереди Слот вызывается 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 тупику.

• Уникальное подключение Поведение такое же, как при автоматическом подключении, но подключение устанавливается только в случае отсутствия дублирования существующего подключения. То есть, если один и тот же сигнал уже подключён к одному и тому же слоту для той же пары объектов, то подключение не создаётся 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 объекта, живущего в другом потоке, небезопасен.

QObject::connect сам по себе потокобезопасен.

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

Аналогично, Пример Blocking Fortune Client использует отдельный поток для асинхронного общения с TCP-сервером.