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在开发音视频播放器时，多线程设计是不可避免的挑战。音频和视频的解码、播放需要高效运行，同时还要与主线程或其他线程同步，例如通过信号通知播放进度。本文基于一个实际案例，分析了两种线程设计在死循环和信号槽使用中的表现，探讨其原因，并给出选择建议。

问题表现

我在实现音频播放线程时，遇到了一个问题：主线程通过 QMetaObject::invokeMethod 调用 terminateDecode 无法终止音频线程，而直接调用 m_audioThread->terminateDecode() 却能稳定生效。后来，我将视频解码线程改为 QObject + QThread + std::thread 的设计后，invokeMethod 开始生效。这让我疑惑：为什么死循环会影响信号槽？如何选择合适的设计？

具体表现如下：

音频线程（AudioPlayerThread）：
- 使用 QThread 子类，重写 run() 为死循环。
- 主线程调用 QMetaObject::invokeMethod(m_audioThread, "terminateDecode", Qt::QueuedConnection) 无效。
- 直接调用 m_audioThread->terminateDecode() 生效。
视频线程（m_videoWorker）：
- 使用 QObject 移入 QThread，解码死循环在 std::thread 中。
- QMetaObject::invokeMethod(m_videoWorker, "terminateDecode", Qt::QueuedConnection) 生效。

此外，音频线程需要发送 avClockUpdated 信号与视频同步，这在死循环中似乎不受影响。问题出在哪里？

原因分析

问题的根源在于 Qt 的信号槽机制与线程设计的关系，特别是事件循环的作用。

1. 信号发送（emit）不受死循环影响

机制：在 Qt 中，emit 一个信号会根据连接类型（Qt::DirectConnection 或 Qt::QueuedConnection）直接调用槽函数或将信号放入目标线程的事件队列。emit 本身是线程安全的，不依赖事件循环。
音频线程的表现：
```
emit avClockUpdated(current_pts);
```

在 AudioPlayerThread 的死循环中，只要线程执行到 emit，信号就会发出，通知视频线程或其他组件。死循环不会阻止信号发送。

2. 信号接收需要事件循环

机制：当使用 Qt::QueuedConnection 调用槽函数（如 terminateDecode），Qt 会将调用请求放入目标线程的事件队列，等待事件循环处理。如果线程没有事件循环，队列中的信号无法被执行。
音频线程的问题：
- run() 是一个 while (true) 死循环：

void AudioPlayerThread::run() {while (true) {// 等待文件和播放逻辑}
}

- 没有调用 exec()，事件循环未启动。
- QMetaObject::invokeMethod 的调用被排队但无法处理，因此无效。
直接调用的原因：
- m_audioThread->terminateDecode() 是同步调用，不依赖事件循环，直接修改 m_stopRequested 并唤醒条件变量，线程得以退出。

3. 视频线程的改进

设计：
- m_videoWorker 是 QObject，通过 moveToThread 移入 QThread。
- QThread 默认运行事件循环（exec()）。
- 解码死循环在 std::thread 中：
```
class VideoWorker : public QObject {
public:VideoWorker() {m_decodeThread = std::thread([this] { decodeLoop(); });}
public slots:void terminateDecode() { m_stopRequested = true; }
private:void decodeLoop() { while (!m_stopRequested) { /* 解码 */ } }std::thread m_decodeThread;std::atomic<bool> m_stopRequested{false};
};
```
- 结果：
  - QThread 的事件循环处理 invokeMethod，触发 terminateDecode。
  - 死循环在 std::thread 中，不干扰事件循环。
- 4. 音视频同步的需求
- 音频线程发出 avClockUpdated 信号，视频线程接收以同步。
- 如果视频需要控制音频（例如暂停），音频线程也需要接收信号。死循环设计在这方面受限。
- 设计选择
  
  基于以上分析，我对比了两种设计：
  
  设计 1：AudioPlayerThread（QThread 死循环）
- 特点：
  - 重写 run() 为死循环，使用条件变量同步。
  - 通过直接调用控制线程。
- 优点：
  - 高效：无事件循环开销，适合音频实时性。
  - 简单：逻辑集中，易于实现。
- 缺点：
  - 无法接收信号：需手动检查状态。
  - 扩展性差：复杂控制需额外同步。
- 适用场景：单一任务，实时性要求高。
- 设计 2：m_videoWorker（QObject + QThread + std::thread）
- 特点：
  - QThread 运行事件循环，std::thread 执行死循环。
  - 通过信号槽控制。
- 如何选择？
- 音频实时性优先：选择设计 1，优化终止逻辑（例如在内层检查 m_stopRequested）。
- 音视频同步和控制：选择设计 2，支持双向信号通信。
- 我的需求：音频需要发送 avClockUpdated 与视频同步，可能还需要接收控制信号。设计 2 更合适。
- 优化建议
  
  对于音视频同步，我推荐设计 2：
- 优点：
  - 支持信号槽：发送和接收信号都方便。
  - 扩展性强：适合音视频同步和复杂交互。
- 缺点：
  - 复杂性增加：多线程管理。
  - 轻微开销：事件循环和线程切换。
- 适用场景：需要双向通信或 UI 交互。

// 音频工作类
class AudioWorker : public QObject {Q_OBJECT
public:AudioWorker() { m_audioThread = std::thread([this] { audioLoop(); }); }~AudioWorker() { m_stopRequested = true; if (m_audioThread.joinable()) m_audioThread.join(); }
public slots:void terminateDecode() { m_stopRequested = true; }
signals:void avClockUpdated(qint64 pts); // 发送音频时间戳
private:void audioLoop() {while (!m_stopRequested) {qint64 pts = /* 计算音频时间戳，例如 av_rescale_q */;emit avClockUpdated(pts); // 通知视频线程// 音频解码和播放逻辑std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10)); // 模拟播放}}std::thread m_audioThread;std::atomic<bool> m_stopRequested{false};
};// 视频工作类
class VideoWorker : public QObject {Q_OBJECT
public:VideoWorker() { m_videoThread = std::thread([this] { videoLoop(); }); }~VideoWorker() { m_stopRequested = true; if (m_videoThread.joinable()) m_videoThread.join(); }
public slots:void terminateDecode() { m_stopRequested = true; }void syncWithAudio(qint64 audioPts) { m_currentAudioPts = audioPts; // 根据音频时间戳调整视频播放}
private:void videoLoop() {while (!m_stopRequested) {qint64 videoPts = /* 计算视频时间戳 */;if (m_currentAudioPts > 0 && std::abs(videoPts - m_currentAudioPts) > 100) {// 如果视频与音频时间差过大，调整播放（例如跳帧或等待）}// 视频解码和渲染逻辑std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(40)); // 模拟播放}}std::thread m_videoThread;std::atomic<bool> m_stopRequested{false};std::atomic<qint64> m_currentAudioPts{0};
};// 主线程中的管理类
class MainClass : public QObject {Q_OBJECT
public:void startAV() {// 初始化音频线程m_audioThread = new QThread();m_audioWorker = new AudioWorker();m_audioWorker->moveToThread(m_audioThread);// 初始化视频线程m_videoThread = new QThread();m_videoWorker = new VideoWorker();m_videoWorker->moveToThread(m_videoThread);// 连接音频信号到视频槽，实现同步connect(m_audioWorker, &AudioWorker::avClockUpdated, m_videoWorker, &VideoWorker::syncWithAudio, Qt::QueuedConnection);// 启动线程m_audioThread->start();m_videoThread->start();}void stopAV() {if (m_audioThread) {QMetaObject::invokeMethod(m_audioWorker, "terminateDecode", Qt::QueuedConnection);m_audioThread->quit();m_audioThread->wait();delete m_audioThread;delete m_audioWorker;}if (m_videoThread) {QMetaObject::invokeMethod(m_videoWorker, "terminateDecode", Qt::QueuedConnection);m_videoThread->quit();m_videoThread->wait();delete m_videoThread;delete m_videoWorker;}}private:QThread* m_audioThread = nullptr;AudioWorker* m_audioWorker = nullptr;QThread* m_videoThread = nullptr;VideoWorker* m_videoWorker = nullptr;
};