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基于读写锁(QReadWriteLock)的线程同步

使用互斥量时存在一个问题，即每次只能有一个线程获得互斥量的使用权限。如果在一个程序中有多个线程读取某个变量，使用互斥量时必须排队。而实际上若只是读取一个变量，可以让多个线程同时访问，这种情况下使用互斥量就会降低程序的性能。

因此提出了读写锁概念，Qt 提供了读写锁类 QReadWriteLock，它是基于读或写的方式进行代码片段锁定的，在多个线程读写一个共享数据时，使用它可以解决使用互斥量存在的上面所提到的问题。

QReadWriteLock 以 读或写锁定的同步方法允许以读或写的方式保护一段代码，它可以允许多个线程以只读方式同步访问资源，但是只要有一个线程在以写入方式访问资源，其他线程就必须等待，直到写操作结束。

简单总结就是：同一时间，多个线程可以同时读，只有一个线程可以写，读写不能同时进行。

Chapter1 Qt互斥锁(QMutex)的使用、QMutexLocker的使用

原文链接：https://blog.csdn.net/wj584652425/article/details/123585126

一、QMutexLocker和QMutex实现示例图

下图为检测QMutexLocker是否上锁成功的示例图（两个线程使用同一个QMutex），源码在文章第四节（源码含详细注释）。

下图为不同QMutex运行时的效果（该图表明两个线程无关，并非sleep影响了另一个线程的运行）

二、QMutex和QMutexLocker的关系（个人理解）

互斥锁（QMutex）在使用时需要在进入和结束的时候使用对应的函数锁定和解锁。在简单的程序中还好，但是在结构复杂的程序中因为需要手动锁定和解锁，很容易忽略细节而出现问题，于是为了应对这种情况QMutexLocker便诞生了（为了简化简化互斥锁的锁定和解锁）。
QMutexLocker通常创建为局部变量，QMutexLocker在创建时传入一个并未锁定（若是锁定可用relock重新锁定或unlock解锁）的QMutex指针变量，并且会将QMutex变量锁定，在释放时会将QMutex变量解锁。（QMutexLocker创建时将传入的QMutex锁定，释放时将传入的QMutex解锁）

三、QMutex使用和QMutexLocker使用

1.QMutex的使用

void CThread::run()
{//互斥锁锁定m_mutex->lock();//输出当前线程的线程IDqDebug() << QThread::currentThreadId();//互斥锁解锁m_mutex->unlock();
}

2.QMutexLocker的使用

void CThread::run()
{//创建QMutexLocker的局部变量，并将类中互斥锁指针传入（此处互斥锁被locker锁定）QMutexLocker locker(m_mutex);qDebug() << QThread::currentThreadId();//当locker作用域结束locker将互斥锁解锁
}

通过1、2的代码比较，我们会发现QMutexLocker的代码中没有手动调用锁定和解锁，由此可看出MutexLocker简化了互斥锁的锁定和解锁。

四、检验QMutexLocker是否将传入的互斥锁锁定

1.操作解释

使用两种实现方法完全不同线程测试
两个线程使用同一个互斥锁
一个线程使用QMutexLocker一个线程单纯使用QMutex

2.CMoveFuncClass（使用moveToThread实现，使用QMutexLocker）

CMoveFuncClass.h

#ifndef CMOVEFUNCCLASS_H
#define CMOVEFUNCCLASS_H#include <QObject>
#include <QMutex>class CMoveFuncClass : public QObject
{Q_OBJECT
public:explicit CMoveFuncClass(QObject *parent = nullptr);~CMoveFuncClass();void setMutex(QMutex *mutex);public slots:void doSomething();private:QMutex * m_mutex;   //定义一个互斥锁变量
};#endif // CMOVEFUNCCLASS_H

CMoveFuncClass.cpp

#include "CMoveFuncClass.h"#include <QDebug>
#include <QThread>CMoveFuncClass::CMoveFuncClass(QObject *parent): QObject(parent)
{
}CMoveFuncClass::~CMoveFuncClass()
{
}void CMoveFuncClass::doSomething()
{//创建QMutexLocker的局部变量，并将类中互斥锁指针传入（此处互斥锁被locker锁定）QMutexLocker locker(m_mutex);qDebug() << "我的实现方法为moveToThread" <<"开始3秒睡眠" << "使用QMutexLocker";qDebug() << "线程ID：" << QThread::currentThreadId();QThread::sleep(3);  //设置线程睡眠3秒（单位为秒）qDebug() << "我的实现方法为moveToThread" <<"线程运行完成，结束睡眠\n\n";//当locker作用域结束locker将互斥锁解锁
}void CMoveFuncClass::setMutex(QMutex *mutex)
{m_mutex = mutex;
}

3.CThread类（继承QThread实现，单纯使用QMutex）

CThread.h

#ifndef CTHREAD_H
#define CTHREAD_H#include <QObject>
#include <QThread>
#include <QMutex>
#include <QWaitCondition>class CThread : public QThread
{Q_OBJECT
public:explicit CThread(QObject *parent = nullptr);~CThread();void run();void setMutex(QMutex *mutex);private:QMutex *            m_mutex;            //定义一个线程锁变量};#endif // CTHREAD_H

CThread.cpp

#include "CThread.h"
#include <QDebug>CThread::CThread(QObject *parent): QThread(parent)
{
}CThread::~CThread()
{
}void CThread::run()
{//互斥锁上锁m_mutex->lock();qDebug() << "我的实现方法为继承QThread" << "开始3秒睡眠" << "单纯使用QMutex";qDebug() << "线程ID：" << QThread::currentThreadId();QThread::sleep(3);  //设置线程睡眠3秒（单位为秒）qDebug() << "我的实现方法为继承QThread" <<"线程运行完成，结束睡眠";//互斥锁解锁m_mutex->unlock();
}void CThread::setMutex(QMutex *mutex)
{m_mutex = mutex;
}

4.CMainWindow调用类

CMainWindow.h

#ifndef CMAINWINDOW_H
#define CMAINWINDOW_H#include <QMainWindow>
#include "CThread.h"
#include "CMoveFuncClass.h"namespace Ui {
class CMainWindow;
}class CMainWindow : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:explicit CMainWindow(QWidget *parent = 0);~CMainWindow();signals:void startMoveThread();private slots:void on_startBtn_clicked();		//触发方法二函数的信号private:Ui::CMainWindow *ui;CThread         *m_cThread;		//方法一指针CMoveFuncClass  *m_moveFunc;	//方法二指针QThread         *m_thread;		//方法二所移至的线程指针QMutex          *m_mutex;       //两个线程使用的线程锁
};#endif // CMAINWINDOW_H

CMainWindow.cpp

#include "CMainWindow.h"
#include "ui_CMainWindow.h"#include <QDebug>CMainWindow::CMainWindow(QWidget *parent) :QMainWindow(parent),ui(new Ui::CMainWindow)
{ui->setupUi(this);/方法一/////new出CThread对象m_cThread = new CThread;/方法二/////new一个moveToThread的接收线程并启动m_thread = new QThread;//new出CMoveFuncClass对象m_thread->start();  //一定记得启动，否则运行不了m_moveFunc = new CMoveFuncClass;//连接相应信号槽connect(this, &CMainWindow::startMoveThread, m_moveFunc, &CMoveFuncClass::doSomething);connect(m_thread, &QThread::finished, m_moveFunc, &QObject::deleteLater);//将对象移至线程m_moveFunc->moveToThread(m_thread);//创建线程共用的互斥锁m_mutex = new QMutex;//下方为m_mutex的地方更改为new QMutex，则能实现第一节，第二张图的效果m_cThread->setMutex(m_mutex);m_moveFunc->setMutex(m_mutex);
}CMainWindow::~CMainWindow()
{delete m_mutex;delete m_moveFunc;m_thread->exit();m_thread->wait(1);delete m_thread;m_cThread->exit();m_cThread->wait(1);delete m_cThread;delete ui;
}void CMainWindow::on_startBtn_clicked()
{//通过start启动方法一线程m_cThread->start();//发送信号启动方法二线程emit startMoveThread();
}

运行上方的代码（第一节，第一张效果图）可看出，使用QMutexLocker的线程首先运行，且代码中无锁定和解锁的操作，但另外一个线程依然等该线程运行完成后运行，由此可看出，使用QMutexLocker是实现了互斥锁的锁定和解锁的。

总结

QMutexLocker提供的简化互斥锁锁定和解锁的机制在很多时候时蛮方便的，在使用互斥锁的地方使用QMutexLocker会减去许多安全隐患；不过在多线程循环输出ABC的时候好像就不适合该方法。所以使用类似的类还得按情况而定

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Chapter2 QReadWriteLock读写锁

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43246170/article/details/121015495

QT中线程间的同步分别有QMutex互斥锁、QSemephone信号量、QWaitCondition条件变量和QReadWriteLock读写锁四种方式。

这边来介绍的是读写锁，一般应用与具有大量读操作的场景。

1、读写锁的特性：读共享，写独占。

读共享 ：
当其他线程占用读锁的时候，如果其他线程请求读锁，会立即获得。
当其他线程占用读锁的时候，如果其他线程请求写锁，会阻塞等待读锁的释放。
写独占 ：
当其他线程占用写锁的时候，如果其他线程请求读锁，会阻塞等待写锁的释放。
当其他线程占用写锁的时候，如果其他线程请求写锁，会阻塞等待写锁的释放。

2、读写优先级

默认优先级是写优先，即写锁的优先级>读锁，哪怕是读先排队的也没用。

3、常用函数包含：

lockForRead() ； 请求读锁
lockForWrite() ； 请求写锁
tryLockForRead() ； 尝试请求读锁，非阻塞函数，可以设置超时时间。
tryLockForWrite() ； 尝试请求写锁，非阻塞函数，可以设置超时时间。
unlock() ； 解锁（解读锁和解写锁，均使用该函数）

4、常关联的类包含：

QReadLocker；
QWriteLocker；

Chapter3 QT多线程（二）：基于互斥锁与读写锁的线程同步

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_46144191/article/details/144494017

此处需要说明的是，这里的线程同步概念与操作系统中的线程同步并无区别，都是避免多个线程同时访问临界区数据可能产生的读写错误问题。在 Qt 中，有多个类可以实现线程同步的功能，这些类包括 QMutex、QMutexLocker、 QReadWriteLock、QReadLocker、QWriteLocker、QWaitCondition、QSemaphore 等。

1. 线程同步概念

在多线程程序中，由于存在多个线程，线程之间可能需要访问同一个变量，或一个线程需要等待另一个线程完成某个操作后才产生相应的动作。例如在上一节中提到的例程，工作线程生成随机的骰子点数，主线程读取骰子点数并显示，主线程需要等待工作线程生成一新的骰子点数后再读取数据。但上一节中并没有使用线程同步机制，而是使用了信号与槽的机制，在生成新的点数之后通过

信号通知主线程读取新的数据。这个过程类似于操作系统的线程信号机制，都是为信号设定一个处理函数，本章中不使用信号与槽函数来讲解其他方式的线程同步方法。

2. 基于互斥量的线程同步

QMutex 和 QMutexLocker 是基于互斥量（mutex）的线程同步类。

2.1 QMutex类

该类提供的API函数如下：

void QMutex::lock() //锁定互斥量，一直等待
void QMutex::unlock() //解锁互斥量
bool QMutex::tryLock() //尝试锁定互斥量，不等待
bool QMutex::tryLock(int timeout) //尝试锁定互斥量，最多等待 timeout 毫秒

函数 lock()锁定互斥量，如果另一个线 程锁定了这个互斥量，它将被阻塞运行直到 其他线程解锁这个互斥量。函数 unlock()解锁互斥量，需要与 lock()配对使用。

函数 tryLock()尝试锁定一个互斥量，如果成功锁定就返回 true，如果其他线程已经锁定了这个互斥量就返回 false。函数 tryLock(int timeout)尝试锁定一个互斥量，如果这个互斥量被其他线程锁定，最多等待 timeout 毫秒。

互斥量相当于一把钥匙，如果两个线程要访问同一个共享资源，就需要通过 lock()或 tryLock()拿到这把钥匙，然后才可以访问该共享资源，访问完之后还要通过unlock()还回钥匙，这样别的线程才有机会拿到钥匙。

在上一节的例程中，在TDiceThread类中添加一个QMutex变量，并删除自定义信号newValue()，增加一个readValue()函数用于提供给主窗口访问类变量。

QMutex  mutex;  //互斥量bool TDiceThread::readValue(int *seq, int *diceValue)
{if (mutex.tryLock(100))  //尝试锁定互斥量，等待100ms{*seq=m_seq;*diceValue=m_diceValue;mutex.unlock();     //解锁互斥量return true;}elsereturn false;
}

主函数（主线程）在访问m_seq和m_diceValue变量时，会尝试获取“钥匙”，最多等待100ms，得到权限后会通过指针类变量返回值。事后解锁以便于工作线程对这两个变量进行修改。

另一处需修改的是工作线程中的访问，代码如下：

void TDiceThread::run()
{//线程的事件循环m_stop=false;       //启动线程时令m_stop=falsem_paused=true;      //启动运行后暂时不掷骰子m_seq=0;            //掷骰子次数while(!m_stop)      //循环主体{if (!m_paused){mutex.lock();       //锁定互斥量m_diceValue=0;for(int i=0; i<5; i++)m_diceValue += QRandomGenerator::global()->bounded(1,7);  //产生随机数[1,6]m_diceValue =m_diceValue/5;m_seq++;mutex.unlock();     //解锁互斥量}msleep(500);    //线程休眠500ms}quit();     //在  m_stop==true时结束线程任务
}

在函数 run()中，我们对重新计算变量 m_diceValue 和 m_seq 值的代码片段用互斥量 mutex 进行了保护。工作线程运行后，其内部的函数 run()一直在运行。主线程里调用工作线程的 readValue()函数，其实际是在主线程里运行的。

通过上述方式，主线程和工作线程都对临界区的变量进行了互斥访问，这样就可确保数据的完整性。

2.2 QMutexLocker 类

QMutexLocker 是另一个简化了互斥量处理的类。QMutexLocker 的构造函数接受互斥量作为参数并将其锁定，QMutexLocker 的析构函数则将此互斥量解锁，所以在 QMutexLocker 实例变量的生存期内的代码片段会得到保护，自动进行互斥量的锁定和解锁。

void TDiceThread::run()
{//线程的事件循环m_stop=false;       //启动线程时令m_stop=falsem_paused=true;      //启动运行后暂时不掷骰子m_seq=0;            //掷骰子次数while(!m_stop)      //循环主体{if (!m_paused){QMutexLocker locker(&mutex);m_diceValue=0;for(int i=0; i<5; i++)m_diceValue += QRandomGenerator::global()->bounded(1,7);  //产生随机数[1,6]m_diceValue =m_diceValue/5;m_seq++;}msleep(500);    //线程休眠500ms}quit();     //在  m_stop==true时结束线程任务
}

这两种实现互斥访问的功能一样，使用是分别注意其形式即可。

在主窗口类的构造函数中，设置了一个定时器，每隔一段时间读取一次临界区变量，如果成功获取到锁并且数据也是最新的，则据此更新主界面。

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{ui->setupUi(this);threadA= new TDiceThread(this);connect(threadA,&TDiceThread::started, this, &MainWindow::do_threadA_started);connect(threadA,&TDiceThread::finished,this, &MainWindow::do_threadA_finished);timer= new QTimer(this);     //创建定时器timer->setInterval(200);timer->stop();connect(timer,&QTimer::timeout, this, &MainWindow::do_timeOut);
}void MainWindow::do_timeOut()
{int tmpSeq=0,tmpValue=0;bool  valid=threadA->readValue(&tmpSeq,&tmpValue); //读取数值if (valid && (tmpSeq != m_seq)) //有效，并且是新数据{m_seq=tmpSeq;m_diceValue=tmpValue;QString  str=QString::asprintf("第 %d 次掷骰子，点数为：%d",m_seq,m_diceValue);ui->plainTextEdit->appendPlainText(str);QString filename=QString::asprintf(":/dice/images/d%d.jpg",m_diceValue);QPixmap pic(filename);ui->labPic->setPixmap(pic);}}

在开始和结束按钮槽函数中，需要设置定时器的启动和停止。代码如下：

void MainWindow::on_actDice_Run_triggered()
{//"开始"按钮，开始掷骰子threadA->diceBegin();timer->start();     //重启定时器ui->actDice_Run->setEnabled(false);ui->actDice_Pause->setEnabled(true);
}void MainWindow::on_actDice_Pause_triggered()
{//"暂停"按钮，暂停掷骰子threadA->dicePause();timer->stop();      //停止定时器ui->actDice_Run->setEnabled(true);ui->actDice_Pause->setEnabled(false);
}

3. 基于读写锁的线程同步

使用互斥量时存在一个问题，即每次只能有一个线程获得互斥量的使用权限。如果在一个程序中有多个线程读取某个变量，使用互斥量时必须排队。而实际上若只是读取一个变量，可以让多个线程同时访问，这种情况下使用互斥量就会降低程序的性能。

因此提出了读写锁概念，Qt 提供了读写锁类 QReadWriteLock，它是基于读或写的方式进行代码片段锁定的，在多个线程读写一个共享数据时，使用它可以解决使用互斥量存在的上面所提到的问题。

QReadWriteLock 以 读或写锁定的同步方法允许以读或写的方式保护一段代码，它可以允许多个线程以只读方式同步访问资源，但是只要有一个线程在以写入方式访问资源，其他线程就必须等待，直到写操作结束。

简单总结就是：同一时间，多个线程可以同时读，只有一个线程可以写，读写不能同时进行。

QReadWriteLock类 提供以下几个主要的函数：

void lockForRead() //以只读方式锁定资源，如果有其他线程以写入方式锁定资源，这个函数会被阻塞
void lockForWrite() //以写入方式锁定资源，如果其他线程以读或写方式锁定资源，这个函数会被阻塞
void unlock() //解锁
bool tryLockForRead() //尝试以只读方式锁定资源，不等待
bool tryLockForRead(int timeout) //尝试以只读方式锁定资源，最多等待 timeout 毫秒
bool tryLockForWrite() //尝试以写入方式锁定资源，不等待
bool tryLockForWrite(int timeout) //尝试以写入方式锁定资源，最多等待 timeout 毫秒

例如下列案例：

int buffer[100]; 
QReadWriteLock Lock; //定义读写锁变量
void ThreadDAQ::run() //负责采集数据的线程
{ ... Lock.lockForWrite(); //以写入方式锁定get_data_and_write_in_buffer(); //数据写入 buffer Lock.unlock();... 
} 
void ThreadShow::run() //负责显示数据的线程
{ ... Lock.lockForRead(); //以读取方式锁定show_buffer(); //读取 buffer 里的数据并显示Lock.unlock(); ... 
} 
void ThreadSaveFile::run() //负责保存数据的线程
{ ... Lock.lockForRead(); //以读取方式锁定save_buffer_toFile(); //读取 buffer 里的数据并保存到文件Lock.unlock(); ... 
}

另外，QReadLocker 和 QWriteLocker 是 QReadWriteLock 的简便形式，如同 QMutexLocker 是 QMutex 的简便形式一样，无须与 unlock()配对使用。