[qt] 线程等待与唤醒

 

• 对于生产者与消费者的数据处理的另一种好的解决方法是使用QWaitCondition类,允许线程在一定的条件下唤醒其他多个线程来共同处理。

一 定义公共变量

• DataSize: 生产者生产数据的大小
• BufferSize: 也就是这个缓冲区的大小,每个单元是一个int，也有可能是一个链表,结构体等等。
• mutex: 为了保证多个线程操作同一块数据时的原子性操作
• int numUsedBytes: 表示当前已经使用了多少个存储"单元"。
• int rIndex = 0：由于使用多个消费者线程处理生产者数据，所以为了不重复读取，设置全局变量rIndex用于标识当前读取到缓冲区的位置。

const int DataSize=1000;
const int BufferSize=80;
int buffer[BufferSize];
QWaitCondition bufferEmpty;
QWaitCondition bufferFull;
QMutex mutex;
int numUsedBytes = 0;
int index = 0;

二 生产者

• 同样的继承QThread，在run函数中完成生产者的工作。
• 首先进入for循环就必须对整个for循环中的操作进行加锁。只需要记住如果有一个变量在生产者和消费者线程中都会被改变，那么这个变量存在的地方就必须加锁。比如这里的numUseBytes;
• if(numUsedBytes == BufferSize) 如果已经使用的单元等于当前缓冲区单元数，那么就必须等待消费者处理
• bufferEmpty.wait(&mutex)：等待“缓冲区有空位”，也就是当缓冲区写满时，等待消费者线程读取(处理)缓冲区，wait()函数会将互斥量mutex在此解锁并且QWaitComdition在此等待。这个函数的原型如下：

1. 首先传入的参数是一个被锁定的互斥量，如果传入时的互斥量不是被锁定的，或者出现递归锁的情况，那么wait会立刻返回。
2. 参数2传入的是等待时间
3. 首先我们要知道的是在这QWaitComdition在这里等待的结束条件。如果在其他线程调用了QWaitComdition的方法wakeOne或者wakeAll，那么这个函数就会返回true
4. 由于第二个参数默认是永不超时，但是当我们设置了超时，并且在超时后，并没有被唤醒，那么就会返回false，
5. 无论这个返回的是true还是false，再返回前QWaitComdition都会将QMutex重新设置为锁定状态。

• buffer[i%BufferSize]= numUsedBytes：生产者向缓冲区写入数据
•  numUsedBytes++：让使用过的缓冲单元数量加一
•  bufferFull.wakeAll()：唤醒所有等待QWaitCondition的线程。
• 对于wakeOne是随机唤醒一个等待线程，而wakeAll则是唤醒所有等待线程。

bool QWaitCondition::wait(QMutex *mutex,unsigned long time = ULONG_MAX);

void Producer::run()
{for(int i=0;i<DataSize;i++){mutex.lock();if(numUsedBytes == BufferSize){bufferEmpty.wait(&mutex);}buffer[i%BufferSize] = numUsedBytes;numUsedBytes++;mutex.unlock();bufferFull.wakeAll();}
}

三 消费者

• 首先我们判断当可用的数据为0时，就需要等待生产者来激活QWaitCondition
• 当缓冲单元有可用的数据时，我们读取当前缓冲单元中的数据，并对这个index下标进行处理。
• 最后我们徐亚将numUsedBytes减一，也就是缓冲区已经用过的数据-1。
• bufferEmpty.wakAll:激活所有等待缓冲区有空位的条件线程

void Consumer::run()
{Q_FOREVER{mutex.lock();while (numUsedBytes == 0) { // 确保缓冲区不为空bufferFull.wait(&mutex, QDeadlineTimer::Forever);}qDebug()<<currentThreadId()<<index<<buffer[index];index = (++index)%BufferSize;--numUsedBytes;mutex.unlock();bufferEmpty.wakeAll();}
}

四 调用

    Producer producer;Consumer consumer;Consumer consumerB;producer.start();consumer.start();consumerB.start();producer.wait();consumer.wait();consumerB.wait();

五 对qt书籍上示例的优化

5.1 wake的时机

• 在这里我把wake的时机放到了解锁之后,也就是先解锁后wake
• 虽然二者的顺序无关紧要，但是如果在这个场景下我们将wake放在解锁的后面，对于消费者而言，可能处理速度上就会快一点，因为很多情况下可能并没有在wait等待
• 需要wakeall是立即激活所有等待的线程，此时会重新获得锁也就是lock(),但是也是会等待锁被释放后才能获取到。

5.2 消费者的线程同步问题

• 我们需要在判断是否有可读的数据时也加上while循环判断来进行wait
• 否则就会导致一种场景：当可用单元为0时，此时两个消费者都在wait，当生产者激活(将可以单元加1)后，比如消费者A先获取到锁，对其数据进行处理，此时就会导致一个问题，处理结束后可用单元numUsedByte变为了0，紧接着进行unlock解锁，但是此时消费者B就会紧接着获取到锁，因为它在上次numUsedByte等于0是也在等待获取锁。此时就会将这个numUsedByte变为-1，此时数据的处理就会乱套。