【QT】 QThread部分原始碼淺析

本文章挑出QThread原始碼中部分重點程式碼來說明QThread啟動到結束的過程是怎麼排程的。其次因為到了Qt4.4版本，Qt的多執行緒就有所變化，所以本章會以Qt4.0.1和Qt5.6.2版本的原始碼來進行淺析。 # QThread類的定義原始碼 Qt4.0.1版本原始碼： ```cpp #ifndef QT_NO_THREAD class Q_CORE_EXPORT QThread : public QObject { public: ...//省略 explicit QThread(QObject *parent = 0); ~QThread(); ...//省略 void exit(int retcode = 0); public slots: void start(QThread::Priority = InheritPriority); //啟動執行緒函式 void terminate(); //強制退出執行緒函式 void quit(); //執行緒退出函式 ...//省略 signals: void started(); //執行緒啟動訊號 void finished(); //執行緒結束訊號 ...//省略 protected: virtual void run() = 0; int exec(); ...//省略 }; #else // QT_NO_THREAD ``` Qt5.6.2版本原始碼： ```cpp #ifndef QT_NO_THREAD class Q_CORE_EXPORT QThread : public QObject { Q_OBJECT public: ...//省略 explicit QThread(QObject *parent = Q_NULLPTR); ~QThread(); ...//省略 void exit(int retcode = 0); //執行緒退出函式 ...//省略 public Q_SLOTS: void start(Priority = InheritPriority); //啟動執行緒函式 void terminate(); //強制退出執行緒函式 void quit(); //執行緒退出函式 ...//省略 Q_SIGNALS: void started(QPrivateSignal); //執行緒啟動訊號 void finished(QPrivateSignal); //執行緒結束訊號 protected: virtual void run(); int exec(); ...//省略 }; #else // QT_NO_THREAD ``` 從以上兩個版本的程式碼可以看出，這些函式在宣告上基本沒什麼差異，但是仔細看，兩個版本的 **run()** 函式宣告的是不是不一樣？ * Qt4.0.1版本**run()** 函式是純虛擬函式，即此類為抽象類不可以建立例項，只可以建立指向該類的指標，也就是說如果你需要使用QThread來實現多執行緒，就必須實現QThread的派生類並且實現 **run()** 函式； * Qt5.6.2版本的**run()** 函式是虛擬函式，繼承QThread類時，可以重新實現 **run()** 函式，也可以不實現。 **注：我查看了多個Qt版本的原始碼，發現出現以上差異的版本是從Qt4.4開始的。從Qt4.4版本開始，QThread類就不再是抽象類了。** # QThread::start()原始碼 再來看看QThread::start()原始碼，Qt4.0.1版本和Qt5.6.2版本此部分的原始碼大同小異，所以以Qt5.6.2版本的原始碼為主，如下： ```cpp void QThread::start(Priority priority) { Q_D(QThread); QMutexLocker locker(&d->mutex); if (d->isInFinish) { locker.unlock(); wait(); locker.relock(); } if (d->running) return; ... ... // 此部分是d指標配置 #ifndef Q_OS_WINRT ... ... // 此部分為註釋 d->handle = (Qt::HANDLE) _beginthreadex(NULL, d->stackSize, QThreadPrivate::start, this, CREATE_SUSPENDED, &(d->id)); #else // !Q_OS_WINRT d->handle = (Qt::HANDLE) CreateThread(NULL, d->stackSize, (LPTHREAD_START_ROUTINE)QThreadPrivate::start, this, CREATE_SUSPENDED, reinterpret_cast (&d->id)); #endif // Q_OS_WINRT if (!d->handle) { qErrnoWarning(errno, "QThread::start: Failed to create thread"); d->running = false; d->finished = true; return; } int prio; d->priority = priority; switch (d->priority) { ... ... // 此部分為執行緒優先順序配置 case InheritPriority: default: prio = GetThreadPriority(GetCurrentThread()); break; } if (!SetThreadPriority(d->handle, prio)) { qErrnoWarning("QThread::start: Failed to set thread priority"); } if (ResumeThread(d->handle) == (DWORD) -1) { qErrnoWarning("QThread::start: Failed to resume new thread"); } } ``` 挑出裡面的重點來說明： **（1）Q_D()巨集定義** 在看原始碼的時候，當時比較好奇start函式的第一條語句 **Q_D()巨集定義** 是什麼意思，所以就看了下原始碼，在此也順便講講，**Q_D()** 原始碼是一個**巨集定義**，如下： ```cpp #define Q_D(Class) Class##Private * const d = d_func() ``` 此處利用了預處理巨集裡的 ## 操作符：連線前後兩個符號，變成一個新的符號。將Q_D(QThread)展開後，變成：QThreadPrivate * const d = d_func()。 **（2）_beginthreadex()函式** 上面d->handle = (Qt::HANDLE) _beginthreadex ( NULL, d->stackSize, QThreadPrivate::start, this, CREATE_SUSPENDED, &( d->id ) ) 語句中的函式是建立執行緒的函式，其原型以及各引數的說明如下： ```cpp unsigned long _beginthreadex( void *security, // 安全屬性，NULL為預設安全屬性 unsigned stack_size, // 指定執行緒堆疊的大小。如果為0，則執行緒堆疊大小和建立它的執行緒的相同。一般用0 unsigned ( __stdcall *start_address )( void * ), // 指定執行緒函式的地址，也就是執行緒呼叫執行的函式地址(用函式名稱即可，函式名稱就表示地址) void *arglist, // 傳遞給執行緒的引數的指標，可以通過傳入物件的指標，線上程函式中再轉化為對應類的指標 //如果傳入this，這個this表示呼叫QThread::start的物件地址，也就是QThread或者其派生類物件本身 unsigned initflag, // 執行緒初始狀態，0:立即執行；CREATE_SUSPEND：suspended（懸掛） unsigned *thrdaddr // 用於記錄執行緒ID的地址 ); ``` # QThreadPrivate::start()原始碼 從QThread::start()原始碼可以知道，QThreadPrivate::start是重點，其實際就是呼叫了QThreadPrivate::start(this)，這個 **this** 表示呼叫QThread::start的物件地址，也就是QThread或者其派生類物件本身。因為兩個Qt版本此部分的原始碼大同小異，所以本部分主要是以5.6.2版本的原始碼為主，其原始碼以及說明如下： ```cpp // 引數arg就是上面所說的this unsigned int __stdcall QT_ENSURE_STACK_ALIGNED_FOR_SSE QThreadPrivate::start(void *arg) { QThread *thr = reinterpret_cast (arg); QThreadData *data = QThreadData::get2(thr); // 建立執行緒區域性儲存變數，存放執行緒id qt_create_tls(); TlsSetValue(qt_current_thread_data_tls_index, data); data->threadId = reinterpret_cast (quintptr(GetCurrentThreadId())); QThread::setTerminationEnabled(false); { QMutexLocker locker(&thr->d_func()->mutex); data->quitNow = thr->d_func()->exited; } if (data->eventDispatcher.load()) // custom event dispatcher set? data->eventDispatcher.load()->startingUp(); else createEventDispatcher(data); ...//省略 emit thr->started(QThread::QPrivateSignal()); // 發射執行緒啟動訊號 QThread::setTerminationEnabled(true); thr->run(); // 呼叫QThread::run()函式 -- 執行緒函式 finish(arg); //結束執行緒 return 0; } ``` 由上述原始碼可以看出，實際上 **run()** 函式是在這裡呼叫的，並且發出了 **started()** 啟動訊號，等到 **run()** 函式執行完畢，最後是呼叫了 **QThreadPrivate::finish** 函式結束執行緒，並且在finish內會發出 **QThread::finished()** 執行緒已結束的訊號。 # QThread::run()原始碼 再看看QThread::run()函式的原始碼。在上面 《2.1 QThread類的定義原始碼》的小節，我們可以看到兩個Qt版本宣告此方法的方式不一樣，Qt-4.0版本將此定義為了純虛擬函式，而Qt-5.6版本將此定義為了虛擬函式，那我們就看看Qt-5.6版本中，QThread::run()是如何定義的，如下： ```cpp void QThread::run() { (void) exec(); } ``` 1. 每一個 Qt 應用程式至少有一個 **事件迴圈** ，就是呼叫了 **QCoreApplication::exec()** 的那個事件迴圈。不過，QThread也可以開啟事件迴圈。只不過這是一個受限於執行緒內部的事件迴圈。因此我們將處於呼叫main()函式的那個執行緒，並且由 **QCoreApplication::exec()** 建立開啟的那個事件迴圈成為 **主事件迴圈** ，或者直接叫 **主迴圈** 。注意，QCoreApplication::exec()只能在呼叫main()函式的執行緒呼叫。主迴圈所在的執行緒就是主執行緒，也被成為 GUI 執行緒，因為所有有關 GUI 的操作都必須在這個執行緒進行。QThread的區域性事件迴圈則可以通過在 **QThread::run()** 中呼叫 **QThread::exec()** 開啟。 2. 我們通過以上原始碼可以看到，它的定義很簡單，就是呼叫了一個函式：**QThread::exec()** 開啟執行緒中的 **事件迴圈** ，我們也可以通過繼承QThread，重寫run()函式的方式，讓其實現相對複雜的邏輯程式碼。如果你的執行緒需要將某些槽函式在本執行緒完成的話，就必須開啟事件迴圈，否則線上程內無法響應各種訊號並作出相應的行為。 **小結：** 比Qt-4.4版本更早的版本中，我們使用QThread啟動執行緒時，就必須要實現繼承於QThread的派生類，並且一定要重寫run函式，若需要使用事件迴圈，就需要在run函式中新增exec()。到了Qt4.4版本之後（包括Qt4.4版本），QThread就不是抽象類了，不派生也可以例項化，在不重寫QThread::run()方法，start啟動執行緒是預設啟動事件迴圈的。 **注：當程式跑到了exec()程式碼時，位於exec()後面的程式碼就不會再被執行，除非我們使用quit、exit等退出語句來退出事件迴圈，退出後，程式才會繼續執行位於exec()後面的程式碼。** # QThread::quit()、QThread::exit()、QThread::terminate()原始碼 執行緒停止函式的區別，從Qt原始碼來分析： **（1）QThread::quit()、QThread::exit()** ```cpp //QThread::quit()宣告 void quit(); //QThread::quit()定義 void QThread::quit() { exit(); } //QThread::exit()宣告 void exit(int retcode = 0); //QThread::exit()定義 void QThread::exit(int returnCode) { Q_D(QThread); QMutexLocker locker(&d->mutex); d->exited = true; d->returnCode = returnCode; d->data->quitNow = true; for (int i = 0; i < d->data->eventLoops.size(); ++i) { QEventLoop *eventLoop = d->data->eventLoops.at(i); eventLoop->exit(returnCode); } } ``` 由以上原始碼可知，**QThread::quit()** 和 **QThread::exit(0)** 的呼叫是等效的，都是告訴執行緒的事件迴圈，以返回碼0（成功）退出。如果執行緒沒有事件，則此函式不執行任何操作，也就是無效的。當執行緒擁有事件迴圈並且正處於 **事件迴圈（QThread::exec()）** 的狀態時，呼叫 **QThread::quit()或者QThread::exit()** 執行緒就會馬上停止，否則不會立刻停止執行緒，直到執行緒處於事件迴圈也就是正在執行 **QThread::exec()** 時，才會停止執行緒。 如果重複呼叫 **QThread::quit()或者QThread::exit()** 會有什麼影響嗎？ 重複呼叫 **QThread::quit()或者QThread::exit()** 也不會有什麼影響，因為只有擁有事件迴圈的執行緒，這兩個函式才會生效停止執行緒的功能。 **（2）QThread::terminate()** ```cpp void QThread::terminate() { Q_D(QThread); QMutexLocker locker(&d->mutex); if (!d->running) return; if (!d->terminationEnabled) { d->terminatePending = true; return; } // Calling ExitThread() in setTerminationEnabled is all we can do on WinRT #ifndef Q_OS_WINRT TerminateThread(d->handle, 0); #endif QThreadPrivate::finish(this, false); //結束執行緒函式 } ``` 在這個函式定義的最後一個語句，是呼叫了 **QThreadPrivate::finish(this, false);** 函式，其函式作用是直接退出執行緒，無論執行緒是否開啟了事件迴圈都會生效，會馬上終止一個執行緒，但這個函式存在非常不安定因素，**不推薦使用**。 如果重複呼叫 **QThread::terminate()** 會有什麼影響嗎？ 沒有影響。我們可以看到函式體裡面的第三條語句，它首先會判斷執行緒是否還在執行中，如果不是，會直接退出函式，就不會繼續往下執行呼叫**QThreadPrivate::finish(this, false);** 函數了。 # 章節小結 相信看了以上的一些QThread原始碼，都大概知道了QThread類的本質以及QThread開啟到結束的過程。這裡我再簡單總結下： **（1）QThread的本質：** * QThread 是用來管理執行緒的，它所依附的執行緒和它管理的執行緒並不是同一個東西； * QThread 所依附的執行緒，就是執行 QThread t 或 QThread * t=new QThread 所在的執行緒； * QThread 管理的執行緒，就是 run 啟動的執行緒，也就是次執行緒。 **（2）在這裡針對Qt4.4版本之後（包括Qt4.4版本）簡單彙總一下執行緒啟動到結束的過程：** * QThread物件或者QThread派生類物件顯式呼叫QThread類中的外部start()方法； * QThread::start()方法再呼叫QThreadPrivate::start()方法； * 在QThreadPrivate::start()方法內呼叫了QThread::run()虛擬函式，對使用者來說到了這裡才是真正進入了一個新的執行緒裡面。也就是說定義QThread物件或者QThread派生類物件的時候，還是在原來的執行緒裡面，只有進入run函式才是進入了新的執行緒； * 在QThreadPrivate::start()方法呼叫QThread::run()虛擬函式結束後，就會繼續呼叫QThreadPrivate::finish()函式來結束執行緒，併發出線程結束的訊號finished()。 **（3）QThread::quit()、QThread::exit()、QThread::terminate()：** * 對執行緒重複使用這三個停止執行緒的函式，沒有任何影響； * 儘量不要使用QThread::terminate()停止執行緒，此方式是強制退出執行緒，沒有安全保障。 * 呼叫QThread::quit()和QThread::exit()一樣。 **（4）Qt各版本QThread類的變化：** * Qt4.4版本之前QThread類是屬於抽象類， Qt4.4版本之後（包括4.4版本）不是抽