网站服务器费用,工程建设标准化,腾讯云wordpress镜像,北京装饰公司招聘信息QWaitCondition内部实现结构图#xff1a; 相关系列文章 C之Pimpl惯用法 目录
1.简介
2.示例
2.1.全局配置
2.2.生产者Producer
2.3.消费者Consumer
2.4.测试例子
3.原理分析
3.1.辅助函数CreateEvent
3.2.辅助函数WaitForSingleObject
3.3.QWaitConditionEvent
…
QWaitCondition内部实现结构图 相关系列文章 C之Pimpl惯用法 目录
1.简介
2.示例
2.1.全局配置
2.2.生产者Producer
2.3.消费者Consumer
2.4.测试例子
3.原理分析
3.1.辅助函数CreateEvent
3.2.辅助函数WaitForSingleObject
3.3.QWaitConditionEvent
3.4.QWaitConditionEventPrivate
3.5.流程分析
4.总结 1.简介
QWaitCondition是用来同步线程的条件变量头文件QWaitCondition类中的所有函数都是线程安全的。主要的公共函数(以Qt5.12.12为例)如下表
返回类型函数名称含义QWaitCondition ()构造函数~QWaitCondition ()析构函数boolwait ( QMutex * mutex, unsigned long time ULONG_MAX )mutex将被解锁并且调用线程将会阻塞直到下列条件之一满足才想来 1另一个线程使用wakeOne()或wakeAll()传输给它 2time毫秒过去。boolwait(QMutex *lockedMutex, QDeadlineTimer deadline)同上boolwait ( QReadWriteLock * readWriteLock, unsigned long time ULONG_MAX )readWriteLock将被解锁并且调用线程将会阻塞直到下列条件之一满足才想来 1另一个线程使用wakeOne()或wakeAll()传输给它 2time毫秒过去。boolwait(QReadWriteLock *lockedReadWriteLock, QDeadlineTimer deadline)同上voidwakeAll ()唤醒所有等待的线程线程唤醒的顺序不确定由操作系统的调度策略决定voidwakeOne()唤醒等待QWaitCondition的线程中的一个线程线程唤醒的顺序不确定由操作系统的调度策略决定voidnotify_all()同wakeAll()voidnotify_one()同wakeOne()
QWaitCondition允许线程告诉其他线程某种条件已经满足。一个或多个线程可以阻止等待QWaitCondition使用wakeOne()或wakeAll()设置条件。使用wakeOne()唤醒一个随机选择的线程或使用wakeAll()唤醒所有线程。
2.示例
以生产者/消费者模型为例看一下具体实现
2.1.全局配置
//! [0]
const int DataSize 127;const int BufferSize 8192;
char buffer[BufferSize];QWaitCondition bufferNotEmpty;
QWaitCondition bufferNotFull;
QMutex mutex;
int numUsedBytes 0;
//! [0] 主要有缓冲区buffer 循环缓冲区大小BufferSize及生产的数量小于 DataSize这意味着在某一时刻生产者将达到缓冲区的末尾并从开始位置重新启动。 要同步生产者和消费者需要两个 wait 条件和一个 mutex。当生产者生成一些数据时bufferNotEmpty 条件被发射告诉消费者可以读取它了当消费者读取一些数据时bufferNotFull 条件被发射告诉生产者生成更多的数据。numUsedBytes 为缓冲区中所包含数据的字节数。 总之wait 条件、mutex、和 numUsedBytes 计数器确保生产者不会先于消费者超过 BufferSize 的大小而消费者永远不会读取生产者尚未生成的数据。
2.2.生产者Producer
生产者的代码如下
//! [1]
class Producer : public QThread
//! [1] //! [2]
{
public:Producer(QObject *parent NULL) : QThread(parent){}void run() override{for (int i 0; i DataSize; i) {mutex.lock();if (numUsedBytes BufferSize)bufferNotFull.wait(mutex);mutex.unlock();buffer[i % BufferSize] i;ACGT[QRandomGenerator::global()-bounded(4)];mutex.lock();numUsedBytes;bufferNotEmpty.wakeAll();mutex.unlock();}}
};
//! [2] 生产者根据DataSize的大小循环生产数据。在往循环缓冲区写入一个字母之前它必须检查缓冲区是否已满即满足numUsedBytes等于BufferSize条件如果缓冲区满了现成就会在bufferNotFull条件上等待。 满足条件后生产者增加 numUsedBytes并且标志 bufferNotEmpty 条件为 true从而唤醒消费者线程去消费。
2.3.消费者Consumer
消费者的代码如下
//! [3]
class Consumer : public QThread
//! [3] //! [4]
{Q_OBJECT
public:Consumer(QObject *parent NULL) : QThread(parent){}void run() override{for (int i 0; i DataSize; i) {mutex.lock();if (numUsedBytes 0)bufferNotEmpty.wait(mutex);mutex.unlock();fprintf(stderr, %d\n, buffer[i % BufferSize]);mutex.lock();--numUsedBytes;bufferNotFull.wakeAll();mutex.unlock();}fprintf(stderr, \n);}signals:void stringConsumed(const QString text);
};
//! [4]
代码非常类似于生产者在读取字节之前需要先检查缓冲区是否为空numUsedBytes 为 0而非它是否为已满。并且当它为空时等待 bufferNotEmpty 条件。在读取字节后减小 numUsedBytes 而非增加并标志 bufferNotFull 条件而非 bufferNotEmpty 条件。
2.4.测试例子
代码如下
//! [5]
int main(int argc, char *argv[])
//! [5] //! [6]
{QCoreApplication app(argc, argv);Producer producer;Consumer consumer;producer.start();consumer.start();producer.wait();consumer.wait();return 0;
}
//! [6]#include waitconditions.moc 上面的测试代码是一个生产者对一个消费者生产一个消费一个所以看到的结果是按照顺序输出结果如下
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 此示例中提出的“生产者 - 消费者”模式适用于编写高并发多线程应用。在多处理器计算机中程序可能比基于 mutex 的方案快达两倍之多因为两个线程可以同一时间在缓冲区的不同部分处于激活状态。 上面我们讲解了QWaitCondition的用法如果还有兴趣继续探究它的实现原理的话则可以继续往下看。
3.原理分析
在Qt5.12.12版本上以windows端来讲解它的实现原理。
3.1.辅助函数CreateEvent
CreateEvent的定义如下
HANDLE CreateEvent([in, optional] LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,[in] BOOL bManualReset,[in] BOOL bInitialState,[in, optional] LPCSTR lpName
);
创建或打开一个命名或未命名的事件对象。
lpEventAttributes 指向 SECURITY_ATTRIBUTES 结构的指针。 如果此参数为 NULL则子进程无法继承句柄。结构的 lpSecurityDescriptor 成员为新事件指定 安全描述符 。 如果 lpEventAttributes 为 NULL则事件将获取默认的安全描述符。 事件的默认安全描述符中的 ACL 来自创建者的主要令牌或模拟令牌。
bManualReset 如果此参数为 TRUE则函数将创建手动重置事件对象该对象需要使用 ResetEvent 函数将事件状态设置为非签名。 如果此参数为 FALSE则函数将创建一个自动重置事件对象在释放单个等待线程后系统会自动将事件状态重置为未签名。
bInitialState 如果此参数为 TRUE则会向事件对象发出初始状态信号;否则它将不进行签名。
lpName 可选项事件对象的名称。 名称限制为 MAX_PATH 个字符。 名称比较区分大小写。
如果 lpName 与现有命名事件对象的名称匹配则此函数请求 EVENT_ALL_ACCESS 访问权限。 在这种情况下 bManualReset 和 bInitialState 参数将被忽略因为它们已由创建过程设置。 如果 lpEventAttributes 参数不是 NULL它将确定是否可以继承句柄但忽略其安全描述符成员。
如果 lpName 为 NULL则创建不带名称的事件对象。
如果 lpName 与同一命名空间中另一种对象的名称匹配 (例如现有信号灯、互斥体、可等待计时器、作业或文件映射对象) 则函数将失败 GetLastError 函数将返回 ERROR_INVALID_HANDLE。 发生这种情况的原因是这些对象共享相同的命名空间。
名称可以具有“Global”或“Local”前缀以在全局命名空间或会话命名空间中显式创建对象。 名称的其余部分可以包含除反斜杠字符 (\) 以外的任何字符。 有关详细信息请参阅 内核对象命名空间。 使用终端服务会话实现快速用户切换。 内核对象名称必须遵循终端服务概述的准则以便应用程序可以支持多个用户。
可以在专用命名空间中创建 对象。 有关详细信息请参阅 对象命名空间。
返回值如果函数成功则返回值是事件对象的句柄。 如果命名事件对象在函数调用之前存在则函数将返回现有对象的句柄 GetLastError 将返回 ERROR_ALREADY_EXISTS。
如果函数失败则返回值为 NULL。 要获得更多的错误信息请调用 GetLastError。
3.2.辅助函数WaitForSingleObject
这个是windows系统多线程进程中用的最多的一个函数它的定义如下
DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds);
这个函数的作用是等待一个内核对象在Windows系统上一个内核对象通常使用其句柄来操作参数hHandle即需要等待的内核对象参数dwMilliseconds是等待这个内核对象的最大时间时间单位是毫秒其类型是DWORD这是一个unsigned long类型。如果我们需要无限等待下去可以将这个参数值设置为INFINITE宏。
在Windows上可以调用WaitForSingleObject等待的常见对象如下表所示
可以被等待的对象等待对象成功的含义对象类型线程等待线程结束HANDLEProcess等待进程结束HANDLEEvent 事件等待 Event 有信号HANDLEMutex (互斥体)等待持有 Mutex 的线程释放该 Mutex等待成功拥有该MutexHANDLESemaphore信号量等待该 Semaphore 对象有信号HANDLE
上面介绍的等待线程对象上文中已经详细介绍过了这里不再重复了等待进程退出与等待线程退出类似也不再赘述。下文中我们将详细介绍 Event、Mutex、Semaphore 这三种类型的资源同步对象这里我们先接着介绍WaitForSingleObject函数的用法该函数的返回值一般有以下类型
WAIT_FAILED表示WaitForSingleObject函数调用失败了调用失败时可以通过GetLastError 函数得到具体的错误码WAIT_OBJECT_0表示WaitForSingleObject成功“等待”到设置的对象WAIT_TIMEOUT等待超时WAIT_ABANDONED当等待的对象是Mutex类型时如果持有该Mutex对象的线程已经结束但是没有在结束前释放该Mutex此时该Mutex已经处于废弃状态其行为是未知的不建议再使用该Mutex。
上面我们讲解了CreateEvent和WaitForSingleObject函数下面看一个示例
#include windows.h
#include stdio.h#define THREADCOUNT 4 HANDLE ghWriteEvent;
HANDLE ghThreads[THREADCOUNT];DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID);void CreateEventsAndThreads(void)
{int i; DWORD dwThreadID; // Create a manual-reset event object. The write thread sets this// object to the signaled state when it finishes writing to a // shared buffer. ghWriteEvent CreateEvent( NULL, // default security attributesTRUE, // manual-reset eventFALSE, // initial state is nonsignaledTEXT(WriteEvent) // object name); if (ghWriteEvent NULL) { printf(CreateEvent failed (%d)\n, GetLastError());return;}// Create multiple threads to read from the buffer.for(i 0; i THREADCOUNT; i) {// TODO: More complex scenarios may require use of a parameter// to the thread procedure, such as an event per thread to // be used for synchronization.ghThreads[i] CreateThread(NULL, // default security0, // default stack sizeThreadProc, // name of the thread functionNULL, // no thread parameters0, // default startup flagsdwThreadID); if (ghThreads[i] NULL) {printf(CreateThread failed (%d)\n, GetLastError());return;}}
}void WriteToBuffer(VOID)
{// TODO: Write to the shared buffer.printf(Main thread writing to the shared buffer...\n);// Set ghWriteEvent to signaledif (! SetEvent(ghWriteEvent) ) {printf(SetEvent failed (%d)\n, GetLastError());return;}
}void CloseEvents()
{// Close all event handles (currently, only one global handle).CloseHandle(ghWriteEvent);
}int main( void )
{DWORD dwWaitResult;// TODO: Create the shared buffer// Create events and THREADCOUNT threads to read from the bufferCreateEventsAndThreads();// At this point, the reader threads have started and are most// likely waiting for the global event to be signaled. However, // it is safe to write to the buffer because the event is a // manual-reset event.WriteToBuffer();printf(Main thread waiting for threads to exit...\n);// The handle for each thread is signaled when the thread is// terminated.dwWaitResult WaitForMultipleObjects(THREADCOUNT, // number of handles in arrayghThreads, // array of thread handlesTRUE, // wait until all are signaledINFINITE);switch (dwWaitResult) {// All thread objects were signaledcase WAIT_OBJECT_0: printf(All threads ended, cleaning up for application exit...\n);break;// An error occurreddefault: printf(WaitForMultipleObjects failed (%d)\n, GetLastError());return 1;} // Close the events to clean upCloseEvents();return 0;
}DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParam)
{// lpParam not used in this example.UNREFERENCED_PARAMETER(lpParam);DWORD dwWaitResult;printf(Thread %d waiting for write event...\n, GetCurrentThreadId());dwWaitResult WaitForSingleObject( ghWriteEvent, // event handleINFINITE); // indefinite waitswitch (dwWaitResult) {// Event object was signaledcase WAIT_OBJECT_0: //// TODO: Read from the shared buffer//printf(Thread %d reading from buffer\n, GetCurrentThreadId());break; // An error occurreddefault: printf(Wait error (%d)\n, GetLastError()); return 0; }// Now that we are done reading the buffer, we could use another// event to signal that this thread is no longer reading. This// example simply uses the thread handle for synchronization (the// handle is signaled when the thread terminates.)printf(Thread %d exiting\n, GetCurrentThreadId());return 1;
}
上面示例使用事件对象来防止在主线程写入该缓冲区时从共享内存缓冲区读取多个线程。 首先主线程使用 CreateEvent 函数创建初始状态为非签名的手动重置事件对象。 然后它会创建多个读取器线程。 主线程执行写入操作然后在完成写入后将事件对象设置为信号状态。
在开始读取操作之前每个读取器线程都使用 WaitForSingleObject 等待手动重置事件对象发出信号。 当 WaitForSingleObject 返回时这表示main线程已准备好开始其读取操作。
3.3.QWaitConditionEvent
QWaitConditionEvent实际是对CreateEvent的封装代码如下
class QWaitConditionEvent
{
public:inline QWaitConditionEvent() : priority(0), wokenUp(false){event CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);}inline ~QWaitConditionEvent() { CloseHandle(event); }int priority;bool wokenUp;HANDLE event;
};这个定义源码在.\Qt\Qt5.12.12\5.12.12\Src\qtbase\src\corelib\thread\qwaitcondition_win.cpp中从中可以看出没生成一个QWaitConditionEvent就会创建一个手动重置事件对象。
3.4.QWaitConditionEventPrivate
QWaitConditionEventPrivate的定义如下
typedef QListQWaitConditionEvent * EventQueue;class QWaitConditionPrivate
{
public:QMutex mtx;EventQueue queue;EventQueue freeQueue;QWaitConditionEvent *pre();bool wait(QWaitConditionEvent *wce, unsigned long time);void post(QWaitConditionEvent *wce, bool ret);
};
上面代码定义了两个事件队列一个是等待事件队列一个空闲时间队列还定义了3个对事件队列操作的接口下面说明各接口的用法
1) pre() : 从空闲队列中freeQueue取出一个事件对象 QWaitConditionEvent放入queue。
2wait() : 在事件对象wce上等待time时间该函数会阻塞当前线程的运行直到time到或SetEvent。
3) post() : 把使用后的QWaitConditionEvent归还到空事件队列freeQueue里面。
3.5.流程分析
QWaitCondition的d指针是QWaitConditionEventPrivate对QWaitCondition的操作转换为对QWaitConditionEventPrivate的操作。关键步骤流程如下
1wait函数执行流程 2wakeOne函数执行流程 3) wakeAll函数执行流程
wakeAll的流程同wakeOne的流程相似只是wakeOne是把事件队列的第一个事件对象SetEvent而wakeAll是把事件队列中的所有事件对象SetEvent。 QWaitCondition类的设计思想也遵循Qt大部分类的设计思想Pimpl技法关于Pimpl技法的一些详细介绍可参考我的博客C之Pimpl惯用法-CSDN博客 4.总结
QMutex 和 QWaitCondition 联合使用是多线程中的一个常用的习惯用法不仅是 Qt对于 C 的 std::condition_variable 和 std::mutex 以及 java 的 synchronized / wait / notify 也都适用。
参考
createEventA 函数 (synchapi.h) - Win32 apps | Microsoft Learn
