【100天精通python】Day38：GUI界面编程_PyQt 从入门到实战（中）_数据库操作与多线程编程

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4 数据库操作

4.1 连接数据库

4.2 执行 SQL 查询和更新：

4.3 使用模型和视图显示数据

 5 多线程编程

5.1 多线程编程的概念和优势

5.2 在 PyQt 中使用多线程

5.3 处理多线程间的同步和通信问题

5.3.1 信号槽机制

5.3.2 线程安全的数据访问

 QMutex 和 QMutexLocker

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4 数据库操作

      

        PyQt6中的数据库操作主要涉及到Qt的SQL模块，该模块提供了用于连接和管理数据库的功能。下面是一个关于PyQt6数据库操作的概述：

1. 数据库连接： 使用QSqlDatabase类建立与数据库的连接。可以连接到各种数据库引擎，例如SQLite、MySQL、PostgreSQL等。连接需要指定数据库类型、主机、用户名、密码等信息。

2. 数据库查询： 使用QSqlQuery类执行SQL查询语句，例如SELECT、INSERT、UPDATE等。查询结果可以通过迭代获取。

3. 模型-视图架构： PyQt6提供了QSqlTableModel和QSqlQueryModel等模型类，用于将数据库数据与Qt的视图类（如QTableView）连接起来。这使得在表格视图中展示和编辑数据库中的数据变得更加容易。

4. 事务管理： 可以使用QSqlDatabase.transaction()和QSqlDatabase.commit()来进行数据库事务的管理，确保数据的一致性和完整性。

5. 数据绑定： 使用bindValue()方法可以将变量绑定到SQL查询，这有助于防止SQL注入攻击。

6. 错误处理： 数据库操作可能会出现错误，通过检查QSqlQuery的lastError()可以获取详细的错误信息。

4.1 连接数据库

使用 Qt 的 QSqlDatabase 类可以连接到数据库。以下是一个简单的示例：

from PyQt6.QtSql import QSqlDatabasedb = QSqlDatabase.addDatabase("QSQLITE")
db.setDatabaseName("my_database.db")
if db.open():print("Connected to database")
else:print("Failed to connect")

4.2 执行 SQL 查询和更新：

你可以使用 QSqlQuery 类来执行 SQL 查询和更新操作。以下是一个示例：

from PyQt6.QtSql import QSqlQueryquery = QSqlQuery()
query.exec("SELECT * FROM employees")
while query.next():name = query.value("name")print("Employee name:", name)

4.3 使用模型和视图显示数据

        Qt 提供了模型-视图架构来显示数据库中的数据。例如，可以使用 QSqlTableModel 来在 QTableView 中显示数据。以下是一个示例：

import sys
from PyQt6.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QTableView, QVBoxLayout, QWidget, QPushButton, QLineEdit, QDockWidget
from PyQt6.QtSql import QSqlDatabase, QSqlTableModel, QSqlQuery
from PyQt6.QtCore import Qtclass AddDataDialog(QWidget):def __init__(self, model):super().__init__()self.model = modellayout = QVBoxLayout()self.setLayout(layout)# 添加姓名输入框self.name_input = QLineEdit(self)layout.addWidget(self.name_input)# 添加职位输入框self.position_input = QLineEdit(self)layout.addWidget(self.position_input)# 添加 "Add Data" 按钮，并连接到添加数据函数add_button = QPushButton("Add Data", self)add_button.clicked.connect(self.add_data)layout.addWidget(add_button)def add_data(self):# 获取姓名和职位输入框的内容name = self.name_input.text()position = self.position_input.text()# 准备插入数据的SQL查询query = QSqlQuery()query.prepare("INSERT INTO employees (name, position) VALUES (?, ?)")query.bindValue(0, name)query.bindValue(1, position)if query.exec():print("Data added successfully")self.model.select()  # 刷新表格数据else:print("Error adding data:", query.lastError().text())def create_database_connection():# 创建数据库连接db = QSqlDatabase.addDatabase("QSQLITE")db.setDatabaseName("employees.db")if not db.open():print("Error: Could not open database.")return Nonereturn dbdef create_table(db):# 创建表格的SQL查询query = QSqlQuery()query.exec("CREATE TABLE IF NOT EXISTS employees (id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, name TEXT, position TEXT)")def setup_model(db):# 设置数据库表格模型model = QSqlTableModel()model.setTable("employees")model.setEditStrategy(QSqlTableModel.EditStrategy.OnManualSubmit)  # 手动提交更改model.select()return modelif __name__ == "__main__":app = QApplication(sys.argv)db = create_database_connection()if not db:sys.exit(1)create_table(db)model = setup_model(db)view = QTableView()view.setModel(model)add_data_dialog = AddDataDialog(model)window = QMainWindow()window.setWindowTitle("Database Table Example")window.setCentralWidget(view)window.setGeometry(100, 100, 800, 600)add_data_button = QPushButton("Add Data", window)add_data_button.clicked.connect(add_data_dialog.show)# 创建 DockWidget 并添加到主窗口的右侧停靠区dock_widget = QDockWidget("Add Data", window)dock_widget.setWidget(add_data_dialog)window.addDockWidget(Qt.DockWidgetArea.RightDockWidgetArea, dock_widget)window.show()sys.exit(app.exec())

   

 5 多线程编程

5.1 多线程编程的概念和优势

        PyQt6中的多线程编程允许你在应用程序中同时执行多个任务，以提高性能、响应速度和资源利用率。在使用多线程时，你需要注意线程之间的同步和通信，以避免数据竞争和其他并发问题。以下是PyQt6多线程编程的概述：

1. 线程类（QThread）： QThread 是 PyQt6 提供的线程基类，用于创建和管理线程。你可以继承 QThread 并实现 run() 方法来定义线程的执行逻辑。

2. 线程安全性： 在多线程环境中，多个线程可能同时访问和修改共享资源。确保对共享资源的访问是线程安全的是很重要的，可以使用互斥锁（QMutex）来控制对共享资源的访问。

3. 信号和槽机制： 在多线程中，通常不能直接在非主线程中更新用户界面。可以使用信号和槽机制，通过在主线程中处理信号来更新界面，从而避免线程间的界面更新问题。

4. 多线程的应用场景： 多线程在以下情况下特别有用：

   • 执行耗时操作，如文件读写、网络请求等，以避免主线程阻塞。
   • 实现实时数据刷新，如传感器数据、图表数据等。
   • 并发处理多个任务，提高程序的整体性能。

5. 线程同步和通信： 多线程编程需要考虑线程之间的同步和通信。合适的同步机制（如互斥锁、信号量、条件变量等）和通信机制（如队列、信号槽等）可以确保线程间的正确协作。

6. 避免死锁和线程饥饿： 死锁和线程饥饿是多线程编程中常见的问题。确保正确地设计和组织线程同步和通信，以避免出现这些问题。

总之，多线程编程可以显著提高应用程序的性能和响应能力，但也需要仔细考虑线程安全性和正确的同步机制。PyQt6提供了一些类和工具来帮助你实现多线程应用程序，但需要小心处理潜在的并发问题。

5.2 在 PyQt 中使用多线程

        在 PyQt 中，你可以使用 QThread 类来创建和管理线程。以下是一个示例，演示如何在一个线程中执行一个耗时的任务：

from PyQt6.QtCore import QThread, pyqtSignalclass WorkerThread(QThread):result_ready = pyqtSignal(str)def run(self):# 执行耗时任务result = "Task result"self.result_ready.emit(result)thread = WorkerThread()
thread.result_ready.connect(lambda result: print("Result:", result))
thread.start()

5.3 处理多线程间的同步和通信问题

        在多线程编程中，处理线程间的同步和通信问题是至关重要的，以确保数据的一致性和应用程序的稳定性。PyQt 提供了一些机制来帮助解决这些问题，其中最重要的是信号槽机制和线程安全的数据访问。

5.3.1 信号槽机制

        信号槽机制是 PyQt 中用于线程间通信的重要工具。它允许一个对象（信号的发出者）发出信号，而另一个对象（槽函数的接收者）将信号连接到槽函数，从而在信号触发时执行相应的操作。这在多线程环境下特别有用，因为它避免了直接的线程间共享数据。

以下是一个简单的示例，演示如何在多线程中使用信号槽机制：

import sys
from PyQt6.QtCore import QThread, pyqtSignal
from PyQt6.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QPushButtonclass WorkerThread(QThread):result_ready = pyqtSignal(str)def run(self):result = "Task result"self.result_ready.emit(result)class MyWindow(QMainWindow):def __init__(self):super().__init__()self.setWindowTitle("Thread Communication Example")self.setGeometry(100, 100, 400, 300)self.button = QPushButton("Start Task", self)self.button.setGeometry(150, 150, 100, 30)self.button.clicked.connect(self.start_thread)def start_thread(self):self.thread = WorkerThread()self.thread.result_ready.connect(self.handle_result)self.thread.start()def handle_result(self, result):print("Result:", result)if __name__ == "__main__":app = QApplication(sys.argv)window = MyWindow()window.show()sys.exit(app.exec())

  

5.3.2 线程安全的数据访问

        当多个线程同时访问共享数据时，很容易出现竞争条件和数据不一致的问题。为了避免这些问题，你需要使用互斥锁（mutex）来保护共享数据的访问。PyQt 中的 QMutex 和 QMutexLocker 可以帮助你实现线程安全的数据访问。

以下是一个简单的示例，演示如何在多线程中安全地访问共享数据：

import sys
from PyQt6.QtCore import QThread, QMutex, QMutexLockerclass SharedData:def __init__(self):self.mutex = QMutex()  # 用于保护共享数据的互斥锁self.data = 0def increment(self):locker = QMutexLocker(self.mutex)  # 加锁self.data += 1class WorkerThread(QThread):def __init__(self, shared_data):super().__init__()self.shared_data = shared_datadef run(self):for _ in range(10):self.shared_data.increment()if __name__ == "__main__":shared_data = SharedData()  # 创建共享数据对象threads = [WorkerThread(shared_data) for _ in range(4)]  # 创建多个工作线程for thread in threads:thread.start()  # 启动工作线程for thread in threads:thread.wait()  # 等待所有工作线程完成print("Shared data:", shared_data.data)  # 打印最终共享数据的值

输出： 

         在这个示例中，每个工作线程在循环中执行10次的增量操作，使用互斥锁确保在任何时候只有一个线程可以访问和修改SharedData对象的data属性。这样可以避免数据竞争和不一致的情况。

        注意，这个示例使用了Python中的多线程和互斥锁，与Qt中的线程和互斥锁略有不同。确保你的环境中同时存在Qt库和Python的线程支持（例如PyQt6.QtCore和threading库），以便代码可以正确运行。

5.4 避免死锁和线程饥饿

        避免死锁和线程饥饿是多线程编程中的关键问题。死锁指的是多个线程彼此等待对方释放锁，导致程序无法继续执行。线程饥饿是指某个线程长时间无法获得所需的资源或锁，导致其他线程占用资源，使得该线程无法继续执行。以下是在PyQt6中避免死锁和线程饥饿的详解和示例：

避免死锁：

1. 有序获取锁： 当多个线程需要获取多个锁时，确保它们按照相同的顺序获取锁，这可以减少死锁的风险。

2. 超时机制： 在获取锁时使用超时机制，如果无法在一定时间内获取锁，就放弃并释放已有的锁。

避免线程饥饿：

1. 公平性： 使用公平的锁和资源分配策略，确保所有线程都有平等的机会获得资源，避免某个线程长时间无法获得所需资源。

2. 优先级： 在某些情况下，可以通过为线程设置不同的优先级，确保高优先级线程不会长时间无法获得资源。

以下是一个简单的示例，展示如何在PyQt6中使用QMutex来避免死锁和线程饥饿：

import sys
from PyQt6.QtCore import QThread, QMutex, QMutexLocker# 共享资源类，用于展示互斥锁的使用来避免死锁和线程饥饿
class SharedResource:def __init__(self):self.mutex1 = QMutex()  # 第一个互斥锁self.mutex2 = QMutex()  # 第二个互斥锁def process1(self):with QMutexLocker(self.mutex1):  # 获取第一个锁print("Process 1: Mutex 1 locked")QThread.msleep(100)  # 模拟处理时间with QMutexLocker(self.mutex2):  # 获取第二个锁print("Process 1: Mutex 2 locked")def process2(self):with QMutexLocker(self.mutex2):  # 获取第二个锁print("Process 2: Mutex 2 locked")QThread.msleep(100)  # 模拟处理时间with QMutexLocker(self.mutex1):  # 获取第一个锁print("Process 2: Mutex 1 locked")class WorkerThread(QThread):def __init__(self, shared_resource, process_func):super().__init__()self.shared_resource = shared_resourceself.process_func = process_funcdef run(self):self.process_func()if __name__ == "__main__":shared_resource = SharedResource()thread1 = WorkerThread(shared_resource, shared_resource.process1)thread2 = WorkerThread(shared_resource, shared_resource.process2)thread1.start()  # 启动线程1thread2.start()  # 启动线程2thread1.wait()  # 等待线程1完成thread2.wait()  # 等待线程2完成print("Main thread exited")  # 主线程退出

         在这个示例中，两个线程分别尝试获取两个不同的锁（mutex1和mutex2）。通过始终以相同的顺序获取锁，可以避免死锁。同时，通过在获取锁时使用QMutexLocker，可以确保线程在离开作用域时释放锁。

        需要注意的是，死锁和线程饥饿是复杂的问题，可能在更复杂的场景中出现。避免死锁和线程饥饿需要仔细的设计和测试，以确保线程在协同工作时能够正确地进行同步和协调。

 QMutex 和 QMutexLocker

QMutex 和 QMutexLocker 是 PyQt 中用于线程同步的两个重要类。它们帮助确保多个线程在访问共享资源时的正确同步，以避免竞争条件和数据不一致。下面是关于它们的详解和示例：

QMutex（互斥锁）： 互斥锁是一种线程同步机制，用于控制多个线程对共享资源的访问。在多线程环境中，一个线程可以获得互斥锁的所有权，从而可以安全地访问共享资源。其他线程在获取互斥锁之前必须等待，以确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。

示例代码：

from PyQt6.QtCore import QMutexmutex = QMutex()def thread_function():mutex.lock()# 访问共享资源mutex.unlock()# 创建多个线程，每个线程执行 thread_function

QMutexLocker（互斥锁锁定器）： QMutexLocker 是 QMutex 的一个辅助类，它在创建时自动锁定 QMutex，并在销毁时释放锁。这样可以确保在一个作用域内，线程在获取锁后能够正确地释放锁，从而避免忘记释放锁而导致的死锁。

示例代码：

from PyQt6.QtCore import QMutex, QMutexLockermutex = QMutex()def thread_function():with QMutexLocker(mutex):  # 进入作用域时自动锁定，离开作用域时自动释放# 访问共享资源# 创建多个线程，每个线程执行 thread_function

        在使用 QMutexLocker 时，当线程离开作用域（例如使用 with 语句），会自动释放锁，无论是否发生异常。