Потоки и QObjects

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

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

Взаимоповторность QObject

QObject является реентерабельным. Большинство его подклассов, не относящихся к графическому интерфейсу, такие как QTimer, QTcpSocket, QUdpSocket и QProcess, также являются реентерабельными, что позволяет использовать эти классы из нескольких потоков одновременно. 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. Существует три ограничения, которые необходимо учитывать:

• Дочерний элемент QObject всегда должен создаваться в том потоке, где был создан родитель. Это подразумевает, в частности, 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. Например, вы не можете запустить таймер или подключить сокет в потоке, который не является потоком объекта.
• Вы должны убедиться, что все объекты, созданные в потоке, удалены до удаления объекта QThread. Это можно легко сделать, создав объекты в стеке в вашей реализации run().

Хотя QObject реентерабелен, 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 других потоках, кроме основного, легко обходится, помещая длительные операции в отдельный рабочий поток и отображая результаты на экране в главном потоке, когда рабочий поток завершен. Это подход, используемый для реализации примера Mandelbrot Example и примера Blocking Fortune Client Example.

В общем случае создание QObjects до QApplication не поддерживается и может привести к странным сбоям при выходе, 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.

Цикл обработки событий для каждого потока

Каждый поток может иметь свой собственный цикл обработки событий. Инициализирующий поток запускает свой цикл обработки событий с помощью QCoreApplication::exec(), или для приложений графического интерфейса с единственным диалоговым окном иногда с помощью QDialog::exec(). Другие потоки могут запустить цикл обработки событий с помощью QThread::exec(). Как и QCoreApplication, QThread предоставляет функцию exit(int) и слот quit().

Цикл обработки событий в потоке позволяет потоку использовать определенные классы Qt, не относящиеся к графическому интерфейсу, которые требуют наличия цикла обработки 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 циклом обработки событий этого потока. Поток, в котором «живет» QObject, доступен с помощью QObject::thread().

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

Вызов delete объекта 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 получит цикл обработки событий потока объекта. По умолчанию поток, который «владеет» QObject, это поток, который «создает» QObject, но не после вызова QObject::moveToThread().

Если цикл обработки событий не запущен, события не будут доставлены объекту. Например, если вы создаете объект QTimer в потоке, но никогда не вызываете exec(), QTimer никогда не будет испускать 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 с помощью безопасной для потоков функции QCoreApplication::postEvent(). События будут автоматически обрабатываться циклом обработки событий потока, в котором был создан объект.

Фильтры событий поддерживаются во всех потоках, с ограничением, что отслеживающий объект должен находиться 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 цикл обработки событий может доставлять 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 подкласса QObject с помощью мьютекса; в противном случае вы можете столкнуться с ошибками или другим нежелательным поведением.

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

С другой стороны, вы можете безопасно отправлять сигналы из вашей реализации QThread::run(), так как отправка сигналов потокобезопасна.

Сигналы и слоты между потоками

Qt поддерживает следующие типы подключения сигналов-слотов:

• Автоматическое подключение (по умолчанию) Если сигнал испускается в том потоке, к которому относится принимающий объект, поведение такое же, как при прямом подключении. В противном случае поведение такое же, как при подключении через очередь.
• Прямое подключение Слот вызывается немедленно при испускании сигнала. Слот выполняется в потоке отправителя, который необязательно является потоком получателя.
• Подключение через очередь Слот вызывается при возврате управления к циклу обработки событий потока получателя. Слот выполняется в потоке получателя.
• Блокирующее подключение через очередь Слот вызывается так же, как при подключении через очередь, за исключением того, что текущий поток блокируется до возврата из 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 выполняется только в том случае, если оно не дублирует существующее подключение. т.е., если один и тот же сигнал уже подключен к 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 запущен цикл обработки событий, по той же причине, что и вызов любой функции объекта, находящегося в другом потоке, небезопасен.

QObject::connect() сам по себе потокобезопасен.

Пример Mandelbrot Example использует подключение через очередь для связи между рабочим потоком и основным потоком. Чтобы избежать зависания цикла обработки событий основного потока (и, как следствие, пользовательского интерфейса приложения), все вычисления мандлебротовского фрактала выполняются в отдельном рабочем потоке. Поток испускает сигнал, когда фрактал отображен.

Аналогично, пример Blocking Fortune Client Example использует отдельный поток для асинхронной связи с TCP-сервером.