文章目錄

• • 1 多線程間的互斥
  • • 1.1 生產消費者問題
    • 1.2 QMutex
    • 1.3 死鎖問題
    • 1.4 信號量

1 多線程間的互斥

值得思考的問題：

• 多個線程間除了在時序上可能產生依賴，在其它方面是否也可能產生依賴呢？

1.1 生產消費者問題

生產消費者問題如下：

• 有n個生產者同時制造產品，并把產品存入倉庫中。
• 有m個消費者同時需要從倉庫中取出產品。
• 規則：
  • 當倉庫未滿，任意生產者可以存入產品。
  • 當倉庫未空，任意消費者可以取出產品。

生活中的互斥的例子：

編程實驗：生產消費者問題

#include <QtCore/QCoreApplication> #include <QThread> #include <QDebug>static QString g_store;class Producer : public QThread { protected:void run(){int count = 0;while(true){g_store.append(QString::number((count++) % 10));qDebug() << objectName() << " : " + g_store;msleep(1);}} };class Customer : public QThread { protected:void run(){while( true ){if( g_store != "" ){g_store.remove(0, 1);qDebug() << objectName() << " : " + g_store;}msleep(1);}} };int main(int argc, char *argv[]) {QCoreApplication a(argc, argv);Producer p;Customer c;p.setObjectName("Producer");c.setObjectName("Customer");p.start();c.start();return a.exec(); }

上面的程序有可能由于讀寫沖突，會直接導致應用程序崩潰。

1.2 QMutex

臨界資源（Critical Resoruce）：

• 每次只允許一個線程進行訪問（讀/寫）的資源。

線程間的互斥（競爭）：

• 多個線程在同一時刻都需要訪問臨界資源。

QMutex類是一把線程鎖，保證線程間的互斥：

• 利用線程鎖能夠保證臨界資源的安全性。

QMutext中的關鍵成員函數：

• void lock()：
  • 當鎖空閑時，獲取鎖并繼續執行。
  • 當鎖被獲取時，阻塞并等待鎖釋放。
• void unlock()：
  • 釋放鎖（同一把鎖的獲取和釋放鎖必須在同一線程中成對出現）。

QMutext使用示例：

編程實驗：線程鎖解決生產消費者問題

#include <QtCore/QCoreApplication> #include <QThread> #include <QMutex> #include <QDebug>static QMutex g_mutex; static QString g_store;class Producer : public QThread { protected:void run(){int count = 0;while(true){g_mutex.lock();g_store.append(QString::number((count++) % 10));qDebug() << objectName() << " : " + g_store;g_mutex.unlock();msleep(1);}} };class Customer : public QThread { protected:void run(){while( true ){g_mutex.lock();if( g_store != "" ){g_store.remove(0, 1);qDebug() << objectName() << " : " + g_store;}g_mutex.unlock();msleep(1);}} };int main(int argc, char *argv[]) {QCoreApplication a(argc, argv);Producer p;Customer c;p.setObjectName("Producer");c.setObjectName("Customer");p.start();c.start();return a.exec(); }

1.3 死鎖問題

問題：

• 程序有多少臨界資源？需要多少把鎖？

一般性原則：

• 每一個臨界資源都需要一個線程鎖進行保護！

看一下如下代碼：

如上代碼會發生死鎖。

線程的死鎖概念：

• 線程間相互等待臨界資源而造成彼此無法繼續執行。

發生死鎖的條件：

• 系統中存在多個臨界資源且臨界資源不可搶占。
• 線程需要多個臨界資源才能繼續執行。

死鎖的避免：

• 對所有的臨界資源都分配一個唯一的序號（r1，r2，… ， rn）。
• 對應的線程鎖也分配同樣的序號（m1，m2，…，mn）。
• 系統中的每個線程按照嚴格遞增的次序請求資源。

#include <QtCore/QCoreApplication> #include <QThread> #include <QMutex> #include <QDebug>QMutex g_mutex_1; QMutex g_mutex_2;class ThreadA : public QThread { protected:void run(){while( true ){g_mutex_1.lock();qDebug() << objectName() << "get m1";g_mutex_2.lock();qDebug() << objectName() << "get m2";qDebug() << objectName() << "do work ...";g_mutex_2.unlock();g_mutex_1.unlock();sleep(1);}} };class ThreadB : public QThread { protected:void run(){while( true ){g_mutex_1.lock();qDebug() << objectName() << "get m2";g_mutex_2.lock();qDebug() << objectName() << "get m1";qDebug() << objectName() << "do work ...";g_mutex_2.unlock();g_mutex_1.unlock();sleep(1);}} };int main(int argc, char *argv[]) {QCoreApplication a(argc, argv);ThreadA ta;ThreadB tb;ta.setObjectName("ta");tb.setObjectName("tb");ta.start();tb.start();return a.exec(); }

1.4 信號量

信號量的概念：

• 信號量是特殊的線程鎖。
• 信號量允許N個線程同時訪問臨界資源。
• Qt中直接支持信號量（QSemaphore）。

QSemaphore使用示例：

編程實驗：再論生產消費者問題

#include <QtCore/QCoreApplication> #include <QThread> #include <QSemaphore> #include <Qdebug>const int SIZE = 5; unsigned char g_buff[SIZE] = {0}; QSemaphore g_sem_free(SIZE); QSemaphore g_sem_used(0);class Producer : public QThread { protected:void run(){while( true ){int value = qrand() % 256;g_sem_free.acquire();for(int i=0; i<SIZE; i++){if( !g_buff[i] ){g_buff[i] = value;qDebug() << objectName() << " generate: {" << i << ", " << value << "}";break;}}g_sem_used.release();sleep(2);}} };class Customer : public QThread { protected:void run(){while( true ){g_sem_used.acquire();for(int i=0; i<SIZE; i++){if( g_buff[i] ){int value = g_buff[i];g_buff[i] = 0;qDebug() << objectName() << " consume: {" << i << ", " << value << "}";break;}}g_sem_free.release();sleep(1);}} };int main(int argc, char *argv[]) {QCoreApplication a(argc, argv);Producer p1;Producer p2;Producer p3;p1.setObjectName("p1");p2.setObjectName("p2");p3.setObjectName("p3");Customer c1;Customer c2;c1.setObjectName("c1");c2.setObjectName("c2");p1.start();p2.start();p3.start();c1.start();c2.start();return a.exec(); }

注意：嚴格來說g_buff必須加鎖。

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參考資料：

QT實驗分析教程

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Qt中多线程间的互斥的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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