Qt 线程同步 QMutex、QReadWriteLock、QWaitCondition

在Qt中，线程同步可以使用以下几种方式来实现：

一、互斥锁（QMutex）

互斥锁用于保护共享资源，确保在同一时间只有一个线程能够访问该资源。线程在访问共享资源之前需要获取互斥锁，使用完后再释放互斥锁，以确保同一时间只有一个线程在执行关键代码段。

1.创建QMutex对象：在需要进行线程同步的地方，首先创建一个QMutex对象。

QMutex mutex;

2.获取互斥锁：在访问共享资源之前，线程需要获取互斥锁。使用lock()方法获取互斥锁。如果互斥锁已被其他线程占用，当前线程会被阻塞，直到互斥锁被释放。

mutex.lock();

3.访问共享资源：获取到互斥锁后，线程可以安全地访问共享资源。

// 访问共享资源的代码

4.释放互斥锁：在线程完成对共享资源的访问之后，需要释放互斥锁，以便其他线程可以获取到互斥锁进行访问

mutex.unlock();

完整示例如下:

数据写入线程:

 1 class WriteThread : public QObject
 2 {
 3     Q_OBJECT
 4 public:
 5     explicit WriteThread(QQueue<int> *buffer, QMutex *locker);
 6 
 7 public slots:
 8     void on_start_write_thread();
 9 
10 private:
11     QQueue<int> *m_buffer;
12     QMutex *m_locker;
13 };

 1 WriteThread::WriteThread(QQueue<int> *buffer, QMutex *locker):m_buffer(buffer),m_locker(locker)
 2 {
 3 
 4 }
 5 
 6 void WriteThread::on_start_write_thread()
 7 {　　　　int num = 1;
 8     while (true) {
 9         QThread::msleep(2000);
10 
11         m_locker->lock();
12         m_buffer->enqueue(num++);
13         m_locker->unlock();
14     }
15 }

数据读取线程：

 1 class ReadThread : public QObject
 2 {
 3     Q_OBJECT
 4 public:
 5     explicit ReadThread(QQueue<int> *buffer, QMutex *locker);
 6 
 7 public slots:
 8     void on_start_read_thread();
 9 
10 private:
11     QQueue<int> *m_buffer;
12     QMutex *m_locker;
13 };

 1 ReadThread::ReadThread(QQueue<int> *buffer, QMutex *locker):m_buffer(buffer),m_locker(locker)
 2 {
 3 
 4 }
 5 
 6 void ReadThread::on_start_read_thread()
 7 {
 8    while (true) {
 9 　　　　if (m_buffer->isEmpty) {
10 　　　　　　continue;
11 　　　　}
12 　　　　m_locker->lock();
13 　　　　int num = m_buffer->dequeue();
14 　　　　qDebug() << num;
15 　　　　m_locker->unlock();
16 　　}
17 
18 }

线程执行：

 1 MainWindow::MainWindow(QObject *parent) : QObject(parent)
 2 {
 3     m_write_thread = new WriteThread(&m_buffer, &m_locker);
 4     m_move_write = new QThread(this);
 5     m_write_thread->moveToThread(m_move_write);
 6     connect(this, &MainWindow::start_write_thread, m_write_thread, &WriteThread::on_start_write_thread);
 7 
 8     m_read_thread = new ReadThread(&m_buffer, &m_locker);
 9     m_move_read = new QThread(this);
10     m_read_thread->moveToThread(m_move_read);
11     connect(this, &MainWindow::start_read_thread, m_read_thread, &ReadThread::on_start_read_thread);
12 }
13 
14 void MainWindow::start_thread()
15 {
16     m_move_write->start();
17     emit start_write_thread();
18 
19     m_move_read->start();
20     emit start_read_thread();
21 }

二、QReadWriteLock（读写锁）

读写锁是Qt中用于实现读写线程同步的一种机制。它提供了一种更高效的方式来管理对共享资源的读写操作，允许多个线程同时进行读操作，但只允许一个线程进行写操作。

QReadWriteLock的使用步骤如下：

1.创建QReadWriteLock对象：在需要进行读写线程同步的地方，首先创建一个QReadWriteLock对象。

QReadWriteLock rwLock;

2.获取读锁：当线程需要进行读操作时，使用lockForRead()方法获取读锁。多个线程可以同时获取读锁，以进行并发的读操作。

rwLock.lockForRead();

3.进行读操作：获取到读锁后，线程可以安全地进行读操作，访问共享资源

// 进行读操作的代码

4.释放读锁：在读操作完成后，使用unlock()方法释放读锁，允许其他线程获取读锁。

rwLock.unlock();

5.获取写锁：当线程需要进行写操作时，使用lockForWrite()方法获取写锁。写锁是独占的，只允许一个线程获取写锁进行写操作，其他线程需要等待写锁的释放。

rwLock.lockForWrite();

6.进行写操作：获取到写锁后，线程可以安全地进行写操作，修改共享资源。

// 进行写操作的代码

7.释放写锁：在写操作完成后，使用unlock()方法释放写锁，允许其他线程获取读锁或写锁。

rwLock.unlock();

完成示例如下：

将互斥锁换成读写锁即可

 1 void WriteThread::on_start_write_thread()
 2 {
 3     int num = 1;
 4     while (true) {
 5         QThread::msleep(2000);
 6 
 7         m_locker->lockForWrite();
 8         m_buffer->enqueue(num++);
 9         m_locker->unlock();
10     }
11 }

 1 void ReadThread::on_start_read_thread()
 2 {
 3     while (true) {
 4         if (m_buffer->isEmpty()) {
 5             continue;
 6         }
 7 
 8         m_locker->lockForRead();
 9         int num = m_buffer->dequeue();
10         qDebug() << num;
11         m_locker->unlock();
12     }
13 }

 三、QWaitCondition（等待条件）

QWaitCondition是Qt中用于线程同步的一种机制，它允许线程等待特定条件的发生，并在条件满足时被唤醒继续执行。QWaitCondition通常与QMutex一起使用，以提供更复杂的线程同步机制。

QWaitCondition的使用步骤如下：

1.创建QWaitCondition对象：在需要进行线程同步的地方，首先创建一个QWaitCondition对象。

QWaitCondition condition;

2.创建QMutex对象：为了保护条件的读写操作，创建一个QMutex对象。

QMutex mutex;

3.在等待条件的线程中等待：在线程需要等待特定条件的发生时，使用wait()方法使线程进入等待状态。

1 mutex.lock();
2 condition.wait(&mutex);
3 mutex.unlock();

在调用wait()方法之前，需要先获取到互斥锁（QMutex）。这样可以确保线程在等待之前能够安全地访问和检查条件。

4.在其他线程中满足条件并唤醒等待线程：当某个条件满足时，通过wakeOne()或wakeAll()方法唤醒等待的线程。

1 mutex.lock();
2 condition.wakeOne(); // 或者使用 condition.wakeAll();
3 mutex.unlock();

完整示例如下：

 1 ReadThread::ReadThread(QQueue<int> *buffer, QMutex *locker, QWaitCondition *wait_condition)
 2             :m_buffer(buffer),m_locker(locker),m_wait_condition(wait_condition)
 3 {
 4 
 5 }
 6 
 7 void ReadThread::on_start_read_thread()
 8 {
 9     while (true) {
10         m_locker->lock();
11         //线程进入等待状态。
12         m_wait_condition->wait(m_locker);
13         //满足等待条件，继续执行
14         int num = m_buffer->dequeue();
15         qDebug() << num;
16         m_locker->unlock();
17     }
18 }

 1 WriteThread::WriteThread(QQueue<int> *buffer, QMutex *locker, QWaitCondition *wait_condition)
 2             :m_buffer(buffer),m_locker(locker),m_wait_condition(wait_condition)
 3 {
 4 
 5 }
 6 
 7 void WriteThread::on_start_write_thread()
 8 {
 9     int num = 1;
10     while (true) {
11         QThread::msleep(2000);
12 
13         m_locker->lock();
14         m_buffer->enqueue(num++);
15         // 满足条件，唤醒等待线程
16         m_wait_condition->wakeOne(); // 或者使用 condition.wakeAll();
17         m_locker->unlock();
18     }
19 }

 1 MainWindow::MainWindow(QObject *parent) : QObject(parent)
 2 {
 3     m_write_thread = new WriteThread(&m_buffer, &m_locker, &m_wait_condition);
 4     m_move_write = new QThread(this);
 5     m_write_thread->moveToThread(m_move_write);
 6     connect(this, &MainWindow::start_write_thread, m_write_thread, &WriteThread::on_start_write_thread);
 7 
 8     m_read_thread = new ReadThread(&m_buffer, &m_locker, &m_wait_condition);
 9     m_move_read = new QThread(this);
10     m_read_thread->moveToThread(m_move_read);
11     connect(this, &MainWindow::start_read_thread, m_read_thread, &ReadThread::on_start_read_thread);
12 }
13 
14 void MainWindow::start_thread()
15 {
16     m_move_write->start();
17     emit start_write_thread();
18 
19     m_move_read->start();
20     emit start_read_thread();
21 }