深入理解Qt多线程编程:QThread、QTimer与QAudioOutput的内在联系__Qt 事件循环(二)

简介: 深入理解Qt多线程编程:QThread、QTimer与QAudioOutput的内在联系__Qt 事件循环

深入理解Qt多线程编程:QThread、QTimer与QAudioOutput的内在联系__Qt 事件循环(一)https://developer.aliyun.com/article/1465254


2. Qt中的线程安全问题

2.1 线程安全和QObject(Thread Safety and QObject)

在Qt中,线程安全(Thread Safety)是一个非常重要的概念。当我们在多线程环境中使用QObject或者其他Qt类时,必须要考虑线程安全问题,否则可能会导致数据竞争(Data Race)、死锁(Deadlock)等问题。

2.1.1 QObject的线程安全性

首先,我们来看一下QObject的线程安全性。QObject是Qt中的基础类,大多数Qt类都直接或间接继承自QObject。QObject有一些特性,比如信号和槽(Signals and Slots)、属性(Properties)、事件处理(Event Handling)等,这些特性在多线程环境中的行为是怎样的呢?

QObject本身是线程安全的,但是它的大部分公共函数(Public Functions)并不是线程安全的。这意味着,如果你在一个线程中创建了一个QObject,然后在另一个线程中调用这个QObject的公共函数,可能会出现问题。因此,你应该尽量避免在多个线程中共享同一个QObject。

2.1.2 QObject的线程所有权

然后,我们来看一下QObject的线程所有权(Thread Ownership)。每个QObject都有一个关联的线程,这个线程被称为QObject的主线程(Owner Thread)。当你在一个线程中创建一个QObject时,这个QObject的主线程就是创建它的线程。

QObject的线程所有权有一些重要的含义。首先,QObject的事件处理(比如接收和处理事件、发出信号等)必须在它的主线程中进行。如果你试图在QObject的非主线程中进行事件处理,Qt会给出警告。

其次,QObject的线程所有权可以通过QObject::moveToThread()函数改变。这个函数可以将QObject从一个线程移动到另一个线程。但是,你不能在QObject的构造函数中调用这个函数,因为在构造函数中,QObject还没有完全创建好,所以不能被移动。另外,你也不能将已经启动的QThread移动到其他的线程。对于其他的QObject,只要它的主线程和载体线程的事件循环都处于正常运行状态,就可以在任意时刻调用moveToThread()。

这个函数有一个重要的限制:在QObject移动其线程所有权的过程中,它的子对象的线程所有权也会跟着改变。这意味着你不能将一个带有子对象的QObject分散在不同的线程。这个限制对于设计并行程序是有挑战的,你需要确保QObject的线程所有权处于正确的线程。在满足这些条件的情况下,你可以使用moveToThread()函数在多个线程间安全地移动QObject对象。

同时,你可以通过QObject::thread()函数获取某个QObject的主线程。当你需要确保一个操作(譬如,接收和处理一个事件或者发出一个信号)必须在QObject的主线程中进行时,可以通过QObject::thread()函数来判断是否在主线程进行。

实际编程中,一种常见的使用moveToThread的场景是将一个不可重入的/耗时的/需要长时间操作的类放入worker线程中进行。例如,你可以在主线程中创建该类的子类对象,然后通过moveToThread()将这个子类对象移到worker线程,从而实现在worker线程中进行耗时操作。这里有一个简单的例子说明这个过程:

//在主线程中创建worker线程
  QThread workerThread;
  //在主线程中创建耗时操作类的对象
  TimeConsumingClass timeConsumingObject;
  //将耗时操作类的对象发送到worker线程
  timeConsumingObject.moveToThread(&workerThread);
  //启动worker线程
  workerThread.start();

此时timeConsumingObject的主线程已经变成了workerThread。当你在主线程中对timeConsumingObject发出信号时,timeConsumingObject会在worker线程中接收到信号。同样地,当你在主线程中调用timeConsumingObject的槽函数时,这些槽函数会在worker线程中运行。

综上所述,QObject的线程所有权对于构建多线程和并发程序具有重要意义。它既可以确保事件处理在正确的线程中进行,也可以在需要的时候将对象移动到其他线程。程序员需要牢记这些要点,以合理地利用线程所有权。

2.2 Qt定时器和线程

Qt中的定时器是一个很常用的功能,它可以让我们在一定时间后执行某个操作,或者以一定的间隔重复执行某个操作。然而,在多线程环境中使用Qt定时器时,我们需要注意一些问题。

2.2.1 定时器和事件循环

首先,我们需要知道,Qt定时器的工作依赖于事件循环(Event Loop)。事件循环是Qt事件处理的核心,它负责接收和分发事件。在Qt应用程序中,每个线程都可以有自己的事件循环。

当你在一个线程中创建一个定时器时,这个定时器就会在这个线程的事件循环中工作。如果这个线程没有运行事件循环(也就是说,这个线程没有调用QCoreApplication::exec()或QThread::exec()),那么这个定时器就不能工作。

2.2.2 定时器和QObject

然后,我们需要知道,Qt定时器是和QObject紧密关联的。在Qt中,定时器是通过QObject的startTimer()函数创建的,定时器的超时信号是通过QObject的timerEvent()函数处理的。

这意味着,如果你想在一个线程中使用定时器,你需要在这个线程中创建一个QObject,然后在这个QObject中创建和处理定时器。同时,你需要确保这个线程运行了事件循环,否则定时器不能工作。

2.2.3 定时器和线程安全

最后,我们需要注意,Qt定时器本身并不是线程安全的。这意味着,如果你在一个线程中创建了一个定时器,然后在另一个线程中操作这个定时器(比如启动或停止这个定时器),可能会出现问题。因此,你应该尽量避免在多个线程中共享同一个定时器。

2.3 QThread的使用和注意事项

QThread是Qt提供的一个用于管理线程的类。在Qt中,我们可以通过创建QThread对象来创建新的线程,并通过QThread的start()函数来启动这个线程。然而,在使用QThread时,我们需要注意一些问题。

2.3.1 QThread的事件循环

首先,我们需要知道,每个QThread都有自己的事件循环。当你调用QThread的start()函数时,QThread会创建一个新的线程,并在这个线程中运行事件循环。

这意味着,如果你在一个QThread中创建了一个QObject,并且这个QObject使用了定时器(比如QTimer或QAudioOutput),那么这个QObject就可以在QThread的事件循环中工作,即使这个QObject的主线程不是QThread。

2.3.2 QThread和QObject

然后,我们需要知道,QThread本身是一个QObject。这意味着,QThread有自己的主线程,这个主线程就是创建QThread的线程。同时,QThread也可以有自己的子QObject,这些子QObject的主线程也是QThread。

这意味着,如果你在一个QThread中创建了一个QObject,那么这个QObject的主线程就是QThread。如果这个QObject使用了定时器,那么这个定时器就会在QThread的事件循环中工作。

2.3.3 QThread的线程安全

最后,我们需要注意,QThread本身并不是线程安全的。这意味着,如果你在一个线程中创建了一个QThread,然后在另一个线程中操作这个QThread(比如启动或停止这个QThread),可能会出现问题。因此,你应该尽量避免在多个线程中共享同一个QThread。


3. Qt中的线程管理

3.1 QObject的线程所有权(Thread Ownership of QObject)

在Qt中,每个QObject对象都有一个“主线程”(owner thread),也就是创建该对象的线程。这个主线程的概念非常重要,因为它决定了QObject对象的行为和它可以使用的功能。

首先,我们要明确一点,QObject对象的主线程并不是指该对象所在的内存空间,而是指该对象的行为和事件处理发生的地方。例如,QObject对象的信号和槽机制、事件处理、定时器等都是在其主线程中执行的。

当我们创建一个QObject对象时,Qt会自动将其主线程设置为当前线程。这意味着,如果我们在主线程中创建一个QObject对象,那么这个对象的主线程就是主线程;如果我们在一个子线程中创建一个QObject对象,那么这个对象的主线程就是这个子线程。

然而,有时我们可能需要改变QObject对象的主线程。例如,我们可能在主线程中创建了一个QObject对象,但是我们希望它的事件处理和定时器在一个子线程中执行。这时,我们就需要使用QObject的moveToThread()方法来改变其主线程。

moveToThread()方法会将QObject对象及其所有子对象的主线程改变为指定的QThread对象。这意味着,这个QObject对象的所有行为(如事件处理和定时器)都会在这个QThread对象所代表的线程中执行。

需要注意的是,moveToThread()方法并不会立即改变QObject对象的主线程。实际上,它会向事件队列发送一个事件,当这个事件被处理时,QObject对象的主线程才会真正改变。这意味着,我们不能立即在调用moveToThread()方法后就在新线程中使用QObject对象,我们需要等待事件处理系统处理了这个事件后才能这样做。

此外,moveToThread()方法有一些限制。首先,我们不能将一个QObject对象移动到正在执行其槽函数的线程。其次,我们不能在QObject对象的构造函数和析构函数中调用moveToThread()方法。最后,我们不能将一个已经有窗口的QWidget对象(或其子类对象)移动到其他线程。

总的来说,QObject的线程所有权是Qt多线程编程的一个重要概念。理解和正确使用这个概念可以帮助我们更好地利用Qt的多线程功能。

3.2 Qt中的定时器和线程

在Qt中,定时器是一个非常重要的功能。我们可以使用QTimer类来创建定时器,定时器到期后,QTimer会发出timeout信号,我们可以连接这个信号到一个槽函数,以实现定时执行某个任务。

然而,定时器的工作是依赖于事件循环的。事件循环是Qt中的一个重要概念,它是Qt事件处理的核心。每个线程都可以有一个事件循环,事件循环会不断地从事件队列中取出事件并处理它们。

在主线程中,事件循环是自动启动的,我们不需要手动启动它。但是在子线程中,事件循环默认是不启动的,我们需要手动启动它。我们可以通过调用QThread的exec()方法来启动事件循环。

如果一个QObject对象的主线程没有运行事件循环,那么这个对象就不能使用定时器。这是因为定时器需要事件循环来检查定时器是否到期。如果没有事件循环,那么定时器就无法工作。

因此,如果我们想在一个QObject对象中使用定时器,我们需要确保这个对象的主线程正在运行事件循环。如果这个对象的主线程是主线程,那么我们不需要做任何事情,因为主线程的事件循环是自动启动的。但是如果这个对象的主线程是一个子线程,那么我们需要在这个子线程中手动启动事件循环。

总的来说,定时器是Qt中的一个重要功能,但是它的工作是依赖于事件循环的。我们需要确保使用定时器的QObject对象的主线程正在运行事件循环,否则定时器无法工作。

3.3 QThread的使用和注意事项

QThread是Qt中的一个重要类,它封装了线程的创建、启动和管理等功能。我们可以通过继承QThread并重写其run()方法来创建一个新的线程。

然而,QThread的使用有一些需要注意的地方:

  1. QThread的生命周期:QThread对象的生命周期应该由创建它的线程来管理。也就是说,你应该在创建QThread的线程中删除它,而不是在QThread自己的线程中删除它。这是因为QThread对象的析构函数会等待线程结束,如果在QThread自己的线程中删除它,就会导致死锁。
  2. QThread的事件循环:QThread默认不会启动事件循环。如果你想在QThread中使用定时器或者其他需要事件循环的功能,你需要在QThread的run()方法中调用exec()方法来启动事件循环。
  3. QObject的线程归属:每个QObject都有一个归属线程,这个线程就是创建这个QObject的线程。你可以通过QObject的thread()方法来获取这个线程。你也可以通过QObject的moveToThread()方法来改变一个QObject的归属线程。但是你需要注意,你不能在QObject的构造函数中调用moveToThread(),因为在构造函数中,QObject还没有完全创建好,所以不能被移动。
  4. 线程安全:在多线程环境中,你需要注意线程安全问题。如果多个线程同时访问同一份数据,就可能会出现数据竞争的问题。你可以使用QMutex等同步工具来避免数据竞争。

总的来说,QThread是Qt中的一个重要类,它提供了线程的创建、启动和管理等功能。但是在使用QThread时,我们需要注意线程的生命周期、事件循环、线程归属和线程安全等问题。


第四章 QTimer和QAudioOutput的内在联系

在这一章节中,我们将深入探讨Qt中的QTimer和QAudioOutput类,以及它们之间的内在联系。我们将首先理解和使用QTimer,然后理解和使用QAudioOutput,最后探讨QTimer和QAudioOutput的线程要求。

4.1 QTimer的使用和理解(Understanding and Using QTimer)

QTimer是Qt中的一个非常重要的类,它提供了一种方法来定时触发某个事件。这在许多情况下都非常有用,例如,你可能希望每隔一段时间就自动保存文件,或者在延迟一段时间后执行某个操作。

QTimer的使用非常简单。首先,你需要创建一个QTimer对象。然后,你可以设置定时器的间隔,并连接定时器的timeout()信号到你希望在定时器触发时执行的槽。最后,你可以使用start()方法启动定时器。

下面是一个简单的例子:

QTimer *timer = new QTimer(this);
connect(timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(update()));
timer->start(1000);

在这个例子中,我们创建了一个新的QTimer对象,并将其timeout()信号连接到了update()槽。然后,我们启动了定时器,设置的间隔是1000毫秒,也就是1秒。这意味着每隔1秒,update()槽就会被调用一次。

QTimer还有一些其他的方法,例如stop()方法可以停止定时器,setInterval()方法可以改变定时器的间隔,isActive()方法可以检查定时器是否正在运行,等等。

需要注意的是,QTimer依赖于Qt的事件循环。这意味着如果你的应用程序没有运行事件循环,或者事件循环被阻塞了,那么QTimer就不会工作。在多线程环境中,每个线程可以有自己的事件循环,因此你可以在每个线程中使用QTimer。但是,你必须确保在定时器所在的线程中运行事件循环。

在下一节中,我们将探讨QAudioOutput类,以及如何在处理音频数据时使用QTimer。

4.2 QAudioOutput的使用和理解(Understanding and Using QAudioOutput)

QAudioOutput是Qt中处理音频播放的类。它提供了一个简单的接口,可以将音频数据发送到音频设备进行播放。QAudioOutput支持多种音频格式,包括WAV、MP3、OGG等。

使用QAudioOutput的基本步骤如下:

  1. 首先,你需要创建一个QAudioFormat对象,用于设置音频数据的格式,包括采样率、采样大小、声道数等。
  2. 然后,你可以创建一个QAudioOutput对象,并将QAudioFormat对象传递给它。这告诉QAudioOutput你的音频数据的格式。
  3. 接下来,你可以调用QAudioOutput的start()方法,并传递一个QIODevice对象给它。QAudioOutput将从这个QIODevice对象中读取音频数据,并发送到音频设备进行播放。
  4. 最后,你需要将音频数据写入到QIODevice对象中。你可以使用QIODevice的write()方法来做这个。

下面是一个简单的例子:

QAudioFormat format;
format.setSampleRate(44100);
format.setChannelCount(2);
format.setSampleSize(16);
format.setCodec("audio/pcm");
format.setByteOrder(QAudioFormat::LittleEndian);
format.setSampleType(QAudioFormat::SignedInt);
QAudioOutput *audioOutput = new QAudioOutput(format, this);
QIODevice *device = audioOutput->start();
// 然后,你可以将音频数据写入到device中
device->write(data);

在这个例子中,我们首先创建了一个QAudioFormat对象,并设置了音频数据的格式。然后,我们创建了一个QAudioOutput对象,并将QAudioFormat对象传递给它。接着,我们调用了QAudioOutput的start()方法,并将返回的QIODevice对象保存在device变量中。最后,我们将音频数据写入到device中。

需要注意的是,QAudioOutput的start()方法会立即返回,而不会等待音频数据全部播放完毕。这意味着你需要自己管理音频数据的生命周期,确保在音频数据还没有播放完毕之前,不会被删除或修改。

在下一节中,我们将探讨QTimer和QAudioOutput的线程要求,以及如何在多线程环境中使用它们。

4.3 QTimer和QAudioOutput的线程要求(Thread Requirements of QTimer and QAudioOutput)

在Qt中,QTimer和QAudioOutput都有一些关于线程的要求和限制。理解这些要求和限制对于正确使用这两个类非常重要。

首先,我们来看QTimer。如前面所述,QTimer依赖于Qt的事件循环。这意味着你必须在定时器所在的线程中运行事件循环。如果你在没有事件循环的线程中使用QTimer,或者事件循环被阻塞了,那么QTimer就不会工作。此外,你不能在多个线程中共享同一个QTimer对象,每个线程必须有自己的QTimer对象。

对于QAudioOutput,它的线程要求更为严格。QAudioOutput对象必须在创建它的线程中使用,你不能将QAudioOutput对象移动到其他线程。此外,你也不能在多个线程中共享同一个QAudioOutput对象。这是因为QAudioOutput内部使用了一些线程不安全的资源,例如音频设备和缓冲区。

在多线程环境中使用QTimer和QAudioOutput时,你需要注意以下几点:

  1. 每个线程必须有自己的事件循环。你可以使用QThread的exec()方法在线程中启动事件循环。
  2. 每个线程必须有自己的QTimer和QAudioOutput对象。你不能在多个线程中共享同一个QTimer或QAudioOutput对象。
  3. QTimer和QAudioOutput对象必须在创建它们的线程中使用。你不能将QTimer或QAudioOutput对象移动到其他线程。
  4. 在使用QTimer和QAudioOutput时,你需要确保它们的生命周期与使用它们的线程的生命周期相匹配。当线程结束时,你需要停止定时器和音频输出,并删除这些对象。

在下一章节中,我们将探讨Qt中的音频处理,包括音频数据的处理和转换,音频处理的线程管理,以及音频处理中的定时器使用。


5. Qt中的音频处理

在这一章节中,我们将深入探讨Qt中的音频处理。我们将从音频数据的处理和转换开始,然后讨论音频处理的线程管理,最后探讨音频处理中的定时器使用。在这个过程中,我们将深入理解Qt的多线程编程,以及QThread、QTimer和QAudioOutput的内在联系。

5.1 音频数据的处理和转换

在Qt中,音频数据的处理和转换是一个重要的环节。我们需要理解音频数据的基本结构,以及如何在Qt中进行有效的处理和转换。

音频数据通常由一系列的采样点组成,每个采样点代表了在特定时间点的声音信号强度。这些采样点可以以不同的格式(如16位整数、32位浮点数等)和不同的采样率(如44100Hz、48000Hz等)进行存储。

在Qt中,我们可以使用QAudioFormat类来描述音频数据的格式。这个类包含了采样率、采样大小(以位为单位)、声道数(单声道或立体声)等信息。我们可以使用QAudioFormat对象来设置和获取这些信息。

QAudioFormat format;
format.setSampleRate(44100);
format.setChannelCount(2);
format.setSampleSize(16);
format.setCodec("audio/pcm");
format.setByteOrder(QAudioFormat::LittleEndian);
format.setSampleType(QAudioFormat::SignedInt);

在处理音频数据时,我们通常需要进行一些基本的操作,如音量调整、混音、重采样等。这些操作通常涉及到对音频数据的直接操作,因此我们需要理解如何在Qt中操作音频数据。

在Qt中,音频数据通常以QByteArray的形式进行存储和操作。QByteArray是一个字节数组,可以方便地进行字节级的操作。例如,我们可以使用QByteArray::data()函数获取到音频数据的原始指针,然后进行直接操作。

QByteArray data = ...; // 音频数据
short *samples = reinterpret_cast<short *>(data.data());
int numSamples = data.size() / sizeof(short);
for (int i = 0; i < numSamples; ++i) {
    samples[i] = processSample(samples[i]); // 处理每个采样点
}

在进行音频数据的转换时,我们通常需要进行格式转换(如采样率转换、采样大小转换等)。在Qt中,我们可以使用QAudioConverter类来进行这种转换。QAudioConverter可以将音频数据从一种格式转换为另一种格式。

QAudioFormat inputFormat = ...; // 输入格式
QAudioFormat outputFormat = ...; // 输出
格式
QAudioConverter converter;
converter.setInputFormat(inputFormat);
converter.setOutputFormat(outputFormat);
QByteArray inputData = ...; // 输入数据
QByteArray outputData = converter.convert(inputData); // 输出数据

在这个过程中,QAudioConverter会自动进行必要的格式转换,如采样率转换、采样大小转换等。这使得我们可以方便地进行音频数据的处理和转换。

总的来说,音频数据的处理和转换是Qt音频处理中的一个重要环节。通过理解音频数据的基本结构,以及如何在Qt中进行有效的处理和转换,我们可以更好地进行音频处理。在下一节中,我们将讨论音频处理的线程管理。


深入理解Qt多线程编程:QThread、QTimer与QAudioOutput的内在联系__Qt 事件循环(三)https://developer.aliyun.com/article/1465258

目录
相关文章
|
2月前
|
监控 安全 开发者
【Qt 并发 】理解Qt中事件循环与并发机制的协同工作
【Qt 并发 】理解Qt中事件循环与并发机制的协同工作
213 3
|
2月前
|
算法 Unix 调度
【Qt 线程】深入探究QThread线程优先级:原理、应用与最佳实践
【Qt 线程】深入探究QThread线程优先级:原理、应用与最佳实践
145 0
|
2月前
|
算法 Unix Linux
Linux与Qt线程优先级的对应关系:一次全面解析
Linux与Qt线程优先级的对应关系:一次全面解析
48 0
|
2月前
|
安全 数据处理 C++
【Qt 底层之事件驱动系统】深入理解 Qt 事件机制:主事件循环与工作线程的交互探究,包括 QML 的视角
【Qt 底层之事件驱动系统】深入理解 Qt 事件机制:主事件循环与工作线程的交互探究,包括 QML 的视角
457 3
|
2月前
|
程序员 编译器 C++
【深入探究Qt内部架构】QObject、事件循环与Q_OBJECT宏的协同作用(一)
【深入探究Qt内部架构】QObject、事件循环与Q_OBJECT宏的协同作用
67 0
|
2月前
|
存储 安全 Java
Qt线程池+生产者消费者模型
Qt线程池+生产者消费者模型
71 5
|
11天前
|
调度
【浅入浅出】Qt多线程机制解析:提升程序响应性与并发处理能力
在学习QT线程的时候我们首先要知道的是QT的主线程,也叫GUI线程,意如其名,也就是我们程序的最主要的一个线程,主要负责初始化界面并监听事件循环,并根据事件处理做出界面上的反馈。但是当我们只限于在一个主线程上书写逻辑时碰到了需要一直等待的事件该怎么办?它的加载必定会带着主界面的卡顿,这时候我们就要去使用多线程。
|
18天前
|
调度
技术笔记:QT之深入理解QThread
技术笔记:QT之深入理解QThread
14 0
|
1月前
|
Python
在python的应用程序中如何终止QThread 线程
在python的应用程序中如何终止QThread 线程
|
1月前
|
API
【Qt】Qt定时器类QTimer
【Qt】Qt定时器类QTimer