QT系统篇（5）（下）
一、多线程
1.了解
在Qt中，多线程的处理一般是通过QThread类来实现。QThread代表一个在应用程序中可以独立控制的线程，也可以和进程中的其他线程共享数据。QThread对象管理程序中的一个控制线程。
2.方法
3.方法
wait
bool QThread::wait( unsigned long time = ULONG_MAX ); // 功能： // 阻塞当前线程，直到该 QThread 对象所代表的线程执行完毕（退出），或达到指定的超时时间 // 参数说明： // unsigned long time = ULONG_MAX: // 等待的超时时间（单位：毫秒） // - 若 time == ULONG_MAX（默认）：无限等待，直到目标线程退出 // - 若 time > 0：最多等待 time 毫秒，超时后返回 false // 返回值： // bool： // - 若目标线程已正常退出，则返回 true // - 若超时（time 指定的毫秒数内线程未退出），则返回 false // - 注意：如果目标线程尚未启动（未调用 start()）或已经退出，调用 wait() 也会立即返回 true4.代码
//thread.h class Thread : public QThread { Q_OBJECT public: Thread(); void run();//重写run函数 public: static int num;//统计数量 static QMutex mutex; }; //thread.cpp int Thread::num = 0; QMutex Thread::mutex; Thread::Thread() {} void Thread::run() { for(int i = 0;i < 10;i++) { // mutex.lock();//上锁 // num++; // mutex.unlock();//解锁 QMutexLocker locker(&mutex);//上锁，当这个对象销毁后会自动解锁 num++; } } //.cpp Thread t1; Thread t2; //启动线程 t1.start(); t2.start(); //阻塞主线程，等待t1线程和t2线程返回 t1.wait(); t2.wait(); qDebug()<<Thread::num;5.要点
QMutexLocker是 Qt 中的智能锁，用于自动管理互斥量的加锁和解锁。
Qt使用多线程的意义在于，将IO 操作隔离出去，即保证主线程与上传/下载等操作隔离。例如游戏一边更新还能一边运行，就是因为更新（IO 操作）放在后台线程，主线程仍可处理界面和交互。
服务器使用多线程，是为了充分利用 CPU 资源（避免单线程下 I/O 等待导致的 CPU 空闲）。
在Qt中，工作线程不允许直接操作UI界面，否则会报错；而是通过信号槽的方式（将数据发送至主线程）间接操作UI。
6.connect拓展
connect()函数的第五个参数为Qt::ConnectionType，用于指定信号和槽的连接类型，同时影响信号的传递方式和槽函数的执行顺序。Qt::ConnectionType提供了以下五种方式
1.1 线程安全
1.互斥锁的种类
QMutex、QMutexLocker
2.互斥锁的作用
互斥锁是一种保护和防止多个线程同时访问同一对象实例的方法。在 Qt 中，互斥锁主要是通过QMutex类来处理。
3.QMutex和QMutexLocker的区别
QMutex：
特点：QMutex是 Qt 框架提供的互斥锁类，用于保护共享资源的访问，实现线程间的互斥操作。
用途：在多线程环境下，通过互斥锁来控制对共享数据的访问，确保线程安全。
QMutex mutex; mutex.lock(); //上锁 //访问共享资源 //... mutex.unlock(); //解锁QMutexLocker：
特点：QMutexLocker是 QMutex 的辅助类，使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）方式对互斥锁进行加锁和解锁操作。
用途：简化对互斥锁的加锁和解锁操作，避免忘记解锁导致的死锁等问题。
QMutex mutex; { QMutexLocker locker(&mutex); //在作⽤域内⾃动上锁 //访问共享资源 //... }//在作⽤域结束时⾃动解锁
4.其他锁
QReadLocker（共享锁）
用于读操作上锁，允许多个线程同时读取共享资源，但不能写入。
QWriteLocker（独占锁，和正常锁没区别）
用于写操作上锁，只允许一个线程写入共享资源，并且禁止其他线程读取或写入。
1.2 条件变量
1.了解
在多线程编程中，除了需要等待操作系统调度之外，有时一个线程还必须等待某个特定条件满足才能继续执行，这就带来了同步问题。通常的解决思路是：该线程先释放互斥锁（或读写锁），然后进入睡眠状态，让其他线程得以运行。当条件满足时，另一个线程会将其唤醒。
在 Qt 中，专门提供了QWaitCondition类来解决像上述这样的问题。
特点：QWaitCondition是 Qt 框架提供的条件变量类，用于线程之间的消息通信和同步。
用途：在某个条件满足时等待或唤醒线程，用于线程的同步和协调。
2.代码
//.h class MyWorker : public QThread { Q_OBJECT public: explicit MyWorker(QObject *parent = nullptr); // 由主线程调用，用于唤醒等待中的工作线程 void trigger(); // 线程入口函数，在其中等待条件满足 void run(); private: QMutex m_mutex;//锁 QWaitCondition m_cond;//条件变量 bool m_ready;// 条件标志 }; //.cpp void MyWorker::run() { qDebug() << "Worker: 等待条件..."; m_mutex.lock(); while (!m_ready) { // 条件不满足，线程进入睡眠等待，同时自动释放 m_mutex，唤醒后又会自动申请锁 m_cond.wait(&m_mutex); } m_mutex.unlock();//给没有睡眠的或者唤醒后的进行解锁 qDebug() << "Worker: 条件满足，继续执行"; } void MyWorker::trigger() { m_mutex.lock(); m_ready = true; //改变条件 m_cond.wakeOne(); //唤醒一个等待的线程 m_mutex.unlock(); }3.要点
线程进入休眠会自动释放锁，唤醒后又会自动重新申请锁，然后从当前位置开始执行代码
使用
while而不是if的原因主要有两点：
虚假唤醒：操作系统可能无故唤醒等待的线程，此时条件并未满足，需要重新等待。
多线程竞争：当线程被唤醒并重新获取锁之前，其他线程可能已经改变了条件，导致条件再次不满足。
补充：为什么使用
while而不是if？因为如果使用if，被唤醒后肯定if条件不满足，但代码不会执行else if或else分支（即不会重新检查条件）。此外，还存在一种情况：线程被唤醒后可能没有立即申请到锁（需要继续等待锁到位），而在等待锁的过程中，条件可能再次发生变化。因此必须使用while循环反复检查条件，确保在条件真正满足时才继续执行。
4.方法
wakeOne
#include <QWaitCondition> void QWaitCondition::wakeOne(); // 功能： // 唤醒一个正在等待该 QWaitCondition 的线程 // 如果有多个线程在等待，则随机选择一个线程唤醒 // 被唤醒的线程会重新尝试获取互斥锁（QMutex）并继续执行 // 参数说明： // 无参数 // 返回值： // 无（void）wakeAll
#include <QWaitCondition> void QWaitCondition::wakeAll(); // 功能： // 唤醒所有正在等待该 QWaitCondition 的线程 // 所有被唤醒的线程会依次尝试重新获取互斥锁（QMutex）并继续执行 // 参数说明： // 无参数 // 返回值： // 无（void）1.3 信号量
1.了解
有时在多线程编程中，需要确保多个线程能够并发访问数量有限的同一类资源。例如，设备内存有限，我们希望需要大量内存的线程能够根据可用内存数量来决定行为。这类问题通常用信号量来解决。信号量可以看作是增强版的互斥锁，不仅能完成加锁和解锁，还能跟踪可用资源的数量。
特点：QSemaphore是 Qt 提供的计数信号量类，用于控制同时访问共享资源的线程数量。
用途：限制并发线程数，解决资源有限的场景。
2.代码
//.h class SemaphoreApiDemo : public QObject { Q_OBJECT public: explicit SemaphoreApiDemo(QObject *parent = nullptr); }; #endif //.cpp SemaphoreApiDemo::SemaphoreApiDemo(QObject *parent) : QObject(parent) { // 1. 创建一个初始计数为 2 的信号量（同时允许两个线程访问资源） QSemaphore semaphore(2); qDebug() << "初始信号量可用计数:" << semaphore.available(); // 2. 第一次 acquire()：计数减1，变成 1 semaphore.acquire(); qDebug() << "执行一次 acquire() 后，计数 = " << semaphore.available(); // 3. 第二次 acquire()：计数减1，变成 0 semaphore.acquire(); qDebug() << "执行第二次 acquire() 后，计数 = " << semaphore.available(); // 4. 第三次 acquire()：此时计数为0，调用会阻塞。 // 为了不卡死程序，我们用 tryAcquire() 展示非阻塞版本（返回 false 而不阻塞）。 bool success = semaphore.tryAcquire(); // 立即返回，不阻塞 qDebug() << "第三次尝试获取（tryAcquire）结果:" << success << "，计数仍为" << semaphore.available(); // 5. 执行 release()：释放一个资源，计数从0变回1 semaphore.release(); qDebug() << "执行一次 release() 后，计数 = " << semaphore.available(); }3.方法
available
#include <QSemaphore> int available() const; // 功能： // 返回当前可用的资源数量 // 参数说明： // 无参数 // 返回值： // int： // 当前可用的资源数量，该值永远不会为负数semaphore
#include <QSemaphore> QSemaphore::QSemaphore( int n = 0 ); // 功能： // 构造一个信号量，并初始化可用的资源数量 // 参数说明： // int n = 0: // 信号量初始可用的资源数量（不可为负数，默认为 0） // 返回值： // 无（void）acquire
#include <QSemaphore> void QSemaphore::acquire( int n = 1 ); // 功能： // 尝试获取 n 个资源。如果没有足够的资源可用，调用将阻塞直到资源可用 // 参数说明： // int n = 1: // 需要获取的资源数量（默认为 1） // 返回值： // 无（void）release
#include <QSemaphore> void QSemaphore::release( int n = 1 ); // 功能： // 释放 n 个资源，使可用资源数量增加 // 参数说明： // int n = 1: // 需要释放的资源数量（默认为 1） // 返回值： // 无（void）tryAcquire
#include <QSemaphore> // bool QSemaphore::tryAcquire( // int n = 1 // ); // 功能： // 尝试获取 n 个资源，不会阻塞，而是立即返回 // 参数说明： // int n = 1: // 需要尝试获取的资源数量（默认为 1） // 返回值： // bool： // - 若成功获取了 n 个资源，返回 true // - 若当前可用资源不足，返回 false，且不会获取任何资源二、Qt网络
1.提要
在进⾏⽹络编程之前, 需要在项⽬中的 .pro ⽂件中添加 network 模块
2.1 UDP
1.QUdpSocket（socket文件）
2.QNetworkDategram（UDP数据报数据）
3.代码
服务器
//.h private slots: void ProcessRequest();//处理函数 private: QUdpSocket* socket;//创建对象 //.cpp //1.设置窗口标题 this->setWindowTitle("服务器"); //2.实例化socket socket = new QUdpSocket(this); //3.连接信号槽，处理收到的请求 connect(socket,&QUdpSocket::readyRead,this,&Widget::ProcessRequest); //4.绑定端口 bool ret = socket->bind(QHostAddress::Any,9090); if(!ret) { QMessageBox::critical(nullptr, "服务器启动出错", socket->errorString()); return; } void Widget::ProcessRequest() { //1.读取数据 const QNetworkDatagram& requestDatagram = socket->receiveDatagram(); QString request = requestDatagram.data(); //2.对数据进行处理 const QString& response= Process(request); //3.把响应结果写到客户端 QNetworkDatagram responseDatagram(response.toUtf8(),requestDatagram.senderAddress(), requestDatagram.senderPort()); socket->writeDatagram(responseDatagram); // 显⽰打印⽇志 QString log = "[" + requestDatagram.senderAddress().toString() + ":" + QString::number(requestDatagram.senderPort()) + "] req: " + request + ", resp: " + response; ui->listWidget->addItem(log); } QString Widget::Process(const QString request) { return request; }客户端
//.h QUdpSocket* socket; //.cpp //1.设置窗口名字 this->setWindowTitle("客户端"); //2.实例化socket socket = new QUdpSocket(this); //用于显示回响到客户端 // connect(socket,&QUdpSocket::readyRead,this,[=](){ // const QNetworkDatagram responDatagram = socket->receiveDatagram(); // QString response = responDatagram.data(); // ui->listWidget->addItem(QString("服务器说：")+response); // }); } void Widget::on_pushButton_clicked() { //1.获取输入框的内容 const QString& text = ui->lineEdit->text(); //2.构建请求数据 QNetworkDatagram requestDatagram(text.toUtf8(),QHostAddress(SERVER_IP),SERVER_PORT); //3.发送请求 socket->writeDatagram(requestDatagram); //4.将消息添加到列表框 ui->listWidget->addItem("客户端说：" + text); //5.清空输入框 ui->lineEdit->setText(""); }2.2 TCP
1.QTcpServer（用于监听端口，获取客户端连接）
2.QTcpSocket（用户端和服务器之间的数据交互）
3.代码
服务器
//.h public: QString Process(const QString&);//回响函数 private slots: void ProcessConnection();//处理流程 private: QTcpServer* tcpServer;//创建QTcpServer //.cpp //1.设置窗口标题 this->setWindowTitle("服务器"); //2.实例化TcpServer tcpServer = new QTcpServer(this); //3.通过信号槽，处理客户端建立的连接 connect(tcpServer,&QTcpServer::newConnection,this,&Widget::ProcessConnection); //4.监听端口 bool ret = tcpServer->listen(QHostAddress::Any,9090); if(!ret) { qDebug() << "服务器启动失败" << tcpServer->serverError(); exit(1); } void Widget::ProcessConnection() { //1.获取新连接的对应的socket QTcpSocket* clientSocket = tcpServer->nextPendingConnection(); QString log = QString("[") + clientSocket->peerAddress().toString() + ":" + QString::number(clientSocket->peerPort()) + "] 客⼾端上线!"; ui->listWidget->addItem(log); //2.通过信号槽，处理收到的请求情况 connect(clientSocket,&QTcpSocket::readyRead,this,[=]() { //读取 QString request = clientSocket->readAll(); //根据请求处理响应 const QString& response = Process(request); //把响应写回客户端 clientSocket->write(response.toUtf8()); QString log = QString("[") + clientSocket->peerAddress().toString() + ":" + QString::number(clientSocket->peerPort()) + "] req: " + request + ", resp: " + response; ui->listWidget->addItem(log); }); //3.通过信号槽，处理断开连接的情况 connect(clientSocket, &QTcpSocket::disconnected, this, [=]() { QString log = QString("[") + clientSocket->peerAddress().toString() + ":" + QString::number(clientSocket->peerPort()) + "] 客⼾端下线!"; ui->listWidget->addItem(log); // 删除 clientSocket clientSocket->deleteLater();//等待当前槽函数及所有关联事件处理完毕后，由事件循环自动销毁 }); } QString Widget::Process(const QString &request) { return request; }客户端
//.h private: QTcpSocket* tcpClient; //.cpp // 1. 设置窗⼝标题. this->setWindowTitle("客⼾端"); // 2. 实例化 socket 对象. tcpClient = new QTcpSocket(this); // 3. 和服务器建⽴连接. tcpClient->connectToHost(QHostAddress("127.0.0.1"), 9090); // 4. 等待并确认连接是否出错. if(!tcpClient->waitForConnected()) { qDebug()<<"连接服务器出场：" << tcpClient->errorString(); exit(1); } void Widget::on_pushButton_clicked() { //获取输入框内容 const QString& text = ui->lineEdit->text(); //把消息显示到界面上 ui->listWidget->addItem(QString("客户端说：") + text); //发送给服务器 tcpClient->write(text.toUtf8()); //情况输入框内容 ui->lineEdit->setText(""); }2.3 HTTP
1.方法
2.代码
//.h private slots: void on_pushButton_clicked(); private: QNetworkAccessManager* manager; //.cpp manager = new QNetworkAccessManager(this); void Widget::on_pushButton_clicked() { //1.获取输入框的URL，构造QUrl对象 QUrl url(ui->lineEdit->text()); //2.构造HTTP请求对象（1） QNetworkRequest request(url); //3.发送GET请求（2） QNetworkReply* response = manager->get(request); // 4. 通过信号槽来处理响应 connect(response, &QNetworkReply::finished, this, [=]() { if (response->error() == QNetworkReply::NoError) { // 响应正确 QString html(response->readAll()); ui->plainTextEdit->setPlainText(html); } else { // 响应出错 ui->plainTextEdit->setPlainText(response->errorString()); } response->deleteLater(); }); }