详解Qt多线程（包含：什么是CPU，单核处理器和多核处理器，举餐厅和QQ音乐的例子详解进程和线程，Qt多线程案例）

一.什么是CPU？
二.单核处理器与多核处理器
三.什么是进程和线程？
- 3.1 定义
- 3.2 以餐厅为例子解释进程和线程
- 3.2 以QQ音乐为例子，解释QQ音乐里面的进程和线程
四.Qt中的多线程
五.Qt多线程案例
- 任务描述
- 案例演示
- 设置显示内容的字体大小和位置
- 运行
- 创建一个线程类
- mywork.h
- mywork.cpp
- widget.h
- widget.cpp
- 问题：当使用对按钮右键创建的槽函数执行doWork时，主线程和子线程是同一个。
参考链接

一.什么是CPU？

在这里插入图片描述

CPU（中央处理器）是计算机的核心组件，它内部包含了多个功能单元和寄存器，用于执行各种指令和完成计算任务。以下是CPU内部的一些主要部分：

控制单元（Control Unit）： 控制单元负责解释和执行计算机程序中的指令。它从内存中读取指令，对指令进行解码，并控制其他部分执行相应的操作。
算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）： ALU执行各种算术和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法等数学运算，以及逻辑运算如与、或、非等。
寄存器（Registers）： 寄存器是用于存储临时数据的高速存储单元。CPU包含多个寄存器，其中包括通用寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。寄存器的使用可以提高数据访问速度。
时钟和定时器（Clock and Timers）： 时钟是CPU的心脏，通过时钟信号来同步各个部件的工作。定时器用于测量时间，处理时钟周期。
缓存（Cache）： 缓存是一种高速临时存储，用于存放频繁访问的数据和指令，以提高访问速度。CPU通常包含多级缓存，包括一级缓存（L1 Cache）和二级缓存（L2 Cache）等。
总线接口（Bus Interface）： 总线接口负责与计算机的其他部分进行通信，包括内存、输入输出设备等。它通过数据总线、地址总线和控制总线传输信息。
指令寄存器（Instruction Register，IR）： 存储当前正在执行的指令，控制单元从中读取指令进行解码和执行。
程序计数器（Program Counter，PC）： 存储下一条要执行的指令的地址，以保持程序的顺序执行。

这些部分协同工作，使得CPU能够有效地执行各种计算和控制任务。不同的CPU架构和制造商可能会有一些额外或不同的部分，但这些是CPU内部常见的组成部分。

二.单核处理器与多核处理器

一个处理器（CPU）拥有的运算核心的数量，可以区别CPU是单核还是多核。

同一时刻，CPU的每个核心都可以运行1个线程。单核和多核CPU的区别就是同一时刻可以运行几个线程，单核CPU只能运行一个，N核可以运行N个。

值得一提的是，单核CPU也可以“同时”运行多个线程。不过这个“同时”只是一种假象，因为本质上单核CPU不能同时运行多线程。它的运行原理便是前文提到的CPU调度，在不同时间片内运行不同线程，由于每个时间片很短所以看起来是多个线程同时进行的，这也是所谓的并发。

三.什么是进程和线程？

3.1 定义

什么是进程？

进程（Process）是操作系统中的一个执行单位，它包含了程序代码、数据以及进程所需的系统资源（如内存、文件等），是一个独立的、运行中的程序实体。每个进程都有自己的独立内存空间，因此多个进程之间互不干扰。在现代操作系统中，每个进程都有一个唯一的进程标识符（PID），用于操作系统进行进程管理和调度。

什么是线程？

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。一个线程包括了指令、寄存器和栈等信息。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的资源，但拥有各自的独立执行流。

3.2 以餐厅为例子解释进程和线程

一个餐厅是一个进程，厨师是一个线程，服务员是另一个线程。让餐厅在炒饭的同时，还可以服务客人。

具体如下：

1. 进程（Process）：

想象一家餐馆，餐馆就是一个进程。在这个餐馆里，有独立的厨房、服务员、顾客等。每个进程是一个独立的执行环境，有自己的内存空间、资源、代码等。就像每家餐馆有自己的厨房、餐具和服务。

例子： 一家餐馆可以同时为多桌客人提供服务，每桌客人独立享受他们的用餐体验，互不影响。如果一个桌子上的服务出了问题，其他桌子的服务仍然可以继续。

2. 线程（Thread）：

现在，我们把餐馆的工作人员看作线程。在一个餐馆中，有多个工作人员，比如厨师、服务员等。每个线程负责执行不同的任务，但它们共享餐馆的资源，比如厨房、库存等。

例子： 厨师和服务员是餐馆的两个线程。厨师负责烹饪食物，服务员负责上菜和为客人提供服务。这两个线程协同工作，共同维护餐馆的正常运作。

3. 多线程：

多线程就像在同一个餐馆里有多个工作人员（线程），它们可以并行执行不同的任务，提高工作效率。

例子： 当有多个服务员为不同的桌子服务时，如果其中一个服务员忙于为一桌客人点菜，其他服务员仍然可以为其他桌子提供服务，使整个餐馆更高效。

总结：

进程： 相当于一个完整的餐馆，拥有独立的资源和环境。
线程： 相当于餐馆里的工作人员，共享餐馆的资源，协同完成任务。
多线程： 相当于在同一个餐馆里有多个工作人员，可以并行执行任务，提高效率。

3.2 以QQ音乐为例子，解释QQ音乐里面的进程和线程

启动QQ音乐，系统会给QQ音乐创建一个进程，这个进程包含QQ音乐的代码，数据，内存等。

播放音乐是一个线程，界面的刷新也是一个线程。因此刷新界面和播放音乐可以同时进行。

详细内容如下：

进程（Process）： 在计算机中，进程是程序的一次执行过程。当你启动QQ音乐软件时，操作系统会为QQ音乐创建一个独立的进程。这个进程包含了QQ音乐的代码、数据、内存等资源。不同的应用程序通常在不同的进程中运行，相互之间不会直接影响。
线程（Thread）： 线程是进程内的一个独立执行单元。在QQ音乐的进程中，可能会有多个线程同时执行。每个线程负责处理不同的任务，比如一个线程用于播放音乐，另一个用于界面的更新，等等。线程之间可以共享进程的资源，但它们有自己的执行上下文和状态。

在QQ音乐的运行过程中，进程和线程的关系可以理解为：

一个进程（QQ音乐的进程）： 包含了QQ音乐软件的全部资源，是一个独立运行的程序实例。
多个线程： 在该进程内，可能有多个线程并发执行，每个线程负责不同的任务，比如负责播放音乐、更新用户界面等。

这样的设计有助于提高程序的并发性和响应性。不同的线程可以同时执行，使得在播放音乐的同时，界面仍然可以保持响应。然而，需要注意线程之间的协同和同步，以避免竞争条件和其他并发问题。

四.Qt中的多线程

默认的线程在Qt中是窗口线程，也叫主线程，负责窗口事件处理或窗口控件数据的更新。

子线程负责后台的业务逻辑处理，子线程中不能对窗口对象做任何操作，这些事情需要交给窗口线程处理。

主线程和子线程之间如果要进行数据的传递，需要使用Qt中的信号槽机制。

五.Qt多线程案例

任务描述

用一个窗口显示从0-1千万。
问题：程序在从0数到1千万时，窗口无响应，无法移动窗口。等数到1千万时窗口才恢复正常。这是由于主线程在数数时无法刷新窗口造成的。
解决方法：需要主线程显示数字，子线程进行数数。

案例演示

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设置显示内容的字体大小和位置

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运行

发现程序在进行0到1千万的运算时，无法拖动窗口界面，甚至窗口卡顿。

这是因为只有一个线程的原因，该线程进行从0到一千万的运行，无法刷新窗口界面。

在这里插入图片描述

创建一个线程类

在这里插入图片描述

mywork.h

#ifndef MYWORK_H
#define MYWORK_H#include <QObject>class MyWork : public QObject
{Q_OBJECT //Q_OBJECT 宏用于标记一个类，使其能够使用Qt的元对象系统,如信号与槽、动态属性等。
public:explicit MyWork(QObject *parent = nullptr);void doWork();signals:void curNumber(int num); //自定义信号，传递数据
};#endif // MYWORK_H

mywork.cpp

#include "mywork.h"
#include <QThread>
#include <QDebug>MyWork::MyWork(QObject *parent) : QObject(parent)
{}void MyWork::doWork()
{qDebug()<<"当前线程对象的地址:"<<QThread::currentThread();int num=0;while (1){emit curNumber(num++); // 发送信号，信号内容是num++if(num == 10000000){break;}QThread::usleep(1); // 这个函数的作用是让当前线程休眠指定的微秒数，让数字数的不那么快。使用线程休眠时需要注意不要在主线程（UI 线程）中调用，以免造成界面卡顿。}qDebug()<<"run()执行完毕,子线程退出...";
}

widget.h

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H
#include <QWidget>
#include "mywork.h"QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class Widget; }
QT_END_NAMESPACEclass Widget : public QWidget
{Q_OBJECTpublic:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();private slots:
//    void on_pushButton_clicked();void showNum(int num); //用来展示数字private:Ui::Widget *ui;MyWork* worker;
};
#endif // WIDGET_H

widget.cpp

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
#include <QDebug>
#include <QThread>Widget::Widget(QWidget *parent): QWidget(parent), ui(new Ui::Widget)
{ui->setupUi(this);// 设置标签中的文本对齐方式ui->label->setAlignment(Qt::AlignCenter);qDebug()<<"主线程对象地址:"<<QThread::currentThread();//创建线程对象QThread *sub = new QThread;worker = new MyWork;//将创建的工作类对象移动到创建的子线程对象中worker->moveToThread(sub);//启动线程sub->start();//将点击按钮事件与doWork函数绑定。如果用按钮自带的槽函数，不知道怎么回事，子线程和主线程是同一个connect(ui->pushButton,&QPushButton::clicked,worker,&MyWork::doWork);//将用于传递数字的信号curNumber和用于在窗口标签中展示的槽函数showNum绑定connect(worker,&MyWork::curNumber,this,&Widget::showNum);
}Widget::~Widget()
{delete ui;
}// 槽函数，用于接收信号传递的数字，然后在标签中显示数字
void Widget::showNum(int num)
{ui->label->setNum(num);
}//点击鼠标，子线程中的doWork函数开始工作
//void Widget::on_pushButton_clicked()
//{
//    worker->doWork(); //doWork中每数一个数会通过信号curNumber发送给接收者
//}

问题：当使用对按钮右键创建的槽函数执行doWork时，主线程和子线程是同一个。

在这里插入图片描述

数数时，界面依旧卡顿。不知道为什么。

参考链接

Qt中多线程-线程池的使用-C/C++/qt