Qt 中的多线程技术

Qt 提供一系列的类与函数来处理多线程。Qt 开发者们可以使用下面四种方法来实现多线程应用。

QThread: 低级 API 与可选的事件循环

作为 Qt 进行线程控制的基石，每一个 QThread 实例都代表并控制着一个线程。

您可以直接实例化 QThread，或建立子类。实例化一个 QThread 将附带一个并行事件循环，允许 QObject 槽函数在子线程执行。若子类化一个 QThread，程序可以在事件循环启动前初始化这个新线程；或者在无事件循环下运行并行代码。

另请参阅： QThread 类文档 以及示例代码 多线程范例 来了解如何使用 QThread。

QThreadPool 与 QRunnable: 线程重用

如果频繁地创建与销毁线程，资源开销将会非常大。为了减少这样额外的开销，可以重复使用一些现成的线程来执行新的任务。QThreadPool 就是这样一个保存着可重用的 QThead 的集合。

为了将代码放入 QThreadPool 的线程中运行，可以重写 QRunnable::run() 函数并实例化继承自 QRunnable 的子类。调用 QThreadPool::start() 函数可将 QRunnable 添加到 QThreadPool 的运行队列。一旦出现了一个可用的线程，它将会执行 QRunnable::run() 里的代码。

每一个 Qt 程序都会自带一个公共线程池，可以通过调用 QThreadPool::globalInstance() 来获取。公共线程池会自动维持着一定数量的线程，线程数为基于 CPU 核心数计算的最佳值。不过，您也可以显式创建并管理一个独立的 QThreadPool 。

Qt Concurrent: 使用高级 API

Qt Concurrent 模块提供了数个高级函数，用于处理一些常见的并行计算模式：map、filter 和 reduce。不同于使用 QThread 与 QRunnable，这些高级函数不需要使用底层线程原语，比如互斥锁与信号量。取而代之的是返回一个 QFuture 对象，它能够在传入的函数返回值就绪后检索该结果。QFuture 既可以用来查询计算进度，也可以暂停/恢复/取消计算。方便起见，QFutureWatcher 可以让您通过信号槽与 QFuture 进行交互。

Qt Concurrent 的 map、filter 和 reduce 算法会自动将计算过程分配到可用的处理器核心，由此，当下编写的程序在以后部署到更多核心的系统上时会被自动扩展。

此模块还提供了 QtConcurrent::run() 函数，可以将任何函数在另一个线程中运行。不过，QtConcurrent::run() 仅提供 map 、 filter 和 reduce 函数的一部分功能。QFuture 可以用于检索函数返回值，也可以用于查看线程是否处于运行中。然而，调用 QtConcurrent::run() 时只会使用一个线程，并且无法暂停/恢复/取消，也不能查询计算进度。

另请参阅： Qt Concurrent 模块文档以获取各个函数的详细信息。

WorkerScript: QML中的多线程

QML 类型 WorkerScript 可将 JavaScript 代码与 GUI 线程并行运行。

每个 WorkerScript 实例可附加一个 .js 脚本。当调用 WorkerScript.sendMessage() 时，脚本将会运行在一个独立的线程中（伴随一个独立的 QML 上下文）。在脚本运行结束后，WorkerScript 将会向 GUI 线程发送回复，后者会调用 WorkerScript.onMessage() 信号处理函数。

使用 WorkerScript，很像使用一个移入子线程工作的 QObject，数据通过信号槽在线程间进行传输。

另请参阅：WorkerScript 文档以获得实现脚本的详细信息，以及能够在线程间传输的数据类型列表。

选择合适的方法

如上文所述，Qt 提供了开发多线程应用的不同解决方案。对一个给定的程序，需要根据新线程的用途与线程的生命周期来决定正确的方案。下面是一组 Qt 多线程技术的功能对比表，以及对于一些范例较为推荐的解决方案。

解决方案对比

特性 QThread QRunnable 与 QThreadPool QtConcurrent::run() Qt Concurrent(Map, Filter, Reduce) WorkerScript
语言 C++ C++ C++ C++ QML
可以指定线程优先级 是 是
可以在线程中运行运行事件循环 是
可以通过信号获取数据更新 是（通过 QObject 对象接收） 是（通过 WorkerScript 接收）
可以使用信号控制线程 是（通过 QThread 接收） 是（通过 QFutureWatcher 接收）
可以通过QFuture 监视线程 部分适用（译者注：仅可监视返回值，不可监视执行进度） 是
内建的暂停/恢复/取消功能 是

示例用例

线程生命周期 操作 解决方案
单次调用 在另一个线程中运行新的线性函数，可选地在运行期间进行更新进度。 Qt 提供不同解决方案：
1. 重写 QThread::run() 并将函数放入其中，启动 QThread ，发射信号来更新进度。
2. 重写 QRunnable::run() ，将函数放入其中。将 QRunnable 添加到 QThreadPool 中。修改线程安全的变量以更新进度；
3. 使用 QtConcurrent::run() 运行函数。修改线程安全变量以更新进度。
单次调用 在另一个线程中运行一个现成的函数，并取得它的返回值。 使用 QtConcurrent::run() 运行函数。让 QFutureWatcher 在函数返回时发射 finish() 信号，并调用 QFutureWatcher::result() 来获取函数的返回值。
单次调用 对一个容器的所有元素执行一个操作，使用所有可用的 CPU 核心。例如，从一组图片生成缩略图。 使用 Qt Concurrent 的 QtConcurrent::filter() 函数选择容器元素，并用 QtConcurrent::map() 函数对每个元素执行操作。要将输出合并为单个结果，可以使用 QtConcurrent:: filteredReduced() 和 QtConcurrent::mappedReduced()。
单次调用/长期存在 在纯 QML 应用中执行耗时计算，并在结果就绪时更新 GUI 。 将计算代码放在 .js 脚本中，将它附加在 WorkerScript 实例上。调用 WorkerScript.sendMessage() 启动新线程执行计算。脚本也同样调用 sendMessage()，将结果传回 GUI 线程。在 onMessage 中处理结果并且更新 GUI 。
长期存在 对象位于另一个线程中，可以根据请求执行不同的任务和/或接收要使用的新数据。 子类化一个 QObject 以创建一个工作类。实例化这个工作类对象与一个 QThread 。将工作类移入新线程。通过队列信号槽的连接，将命令与数据传递给工作类对象。
长期存在 在另一个不需要接收任何信号或事件的线程中，重复执行资源开销大的操作。 直接重写 QThread::run() 并创建死循环。启动无事件循环的线程。可以发送信号将数据送回 GUI 线程（译者注：发送信号不需要依赖事件循环，接收并执行槽函数才需要)。